JPH02157096A - 固定床式バイオリアクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、紙パルプ製造廃水、アルコール蒸留廃水、
食品廃水等の比較的高濃度で排出される有機性廃水を嫌
気性または好気性の微生物によって分解処理する固定床
式バイオリアクターに関するものである。

「従来の技術」 メタン発酵において重要な役割を担うメタン生成細菌は
、メタノサルシナ属とメタノスリノクス属の１属である
と言われているが、このうちのメタノサルシナ属は、比
較的高濃度の酢酸を資化することが可能であり、また、
メタノールやトリメチルアミン等の基質も資化すること
が可能な細菌である。したかって、有機性廃水をメタン
発酵により分解処理するバイオリアクター内においては
、メタノサル／す属か優先菌であることが望ましいが、
メタノサルシナ属は球菌てあり、メタノスリックス属の
ように独自に沈降性の良いグラニユールを形成しづらい
ため、メタノサルシナ属を高濃度て保持するためには、
抗火石のように接触面積の大きな多孔質担体中に包括固
定化することが望ましい。

「発明が解決しようとする課題」 しかしなから、抗火石のような多孔質担体は、空隙率か
少ないため、菌体の付着量か多くなると、担体とうじの
隙間か閉塞することによるチヤ不すングか発生ずる可能
性か強いという問題かある。

方、上記多孔質担体の代わりにプラスチック製のラシヒ
リングを用いることも考えられるか、ラシヒリングは、
空隙率か大きく、担体とうしの隙間か閉塞する恐れか少
ない反面、表面が平滑なため、菌体を付着して包括固定
化させる能力か少なく、したかって、ラシヒリングを担
体として用いた場合には廃水の処理効率か低下するとい
う問題かある。

また、固定床式バイオリアクター内において、固定床中
における廃水の分散か不均一・な場合には、偏流か発生
し、流速の著しく遅い部分か発生ずるか、このような場
合、その流速の遅い部分から隙間の閉塞か開始され、最
終的には殆どの隙間か閉塞してチャネリングか発生する
。したかって、このような固定床式バイオリアクターで
は、各担体間の隙間の閉塞を防止しなければならず、そ
のために、担体の空隙率を十分に確保すると共に、〆九
人した廃水か全ての隙間を通過するように廃水を均一に
分散させることが必要になる。

［−課題を解決するだめの手段」 この発明の固定床式バイオリアクターは、担体にイ」着
固定化された微生物によって原水中に含まれる有機物を
分解処理する固定床式バイオリアクターにおいて、固定
床となる担体として多孔質粒状体とう／上リンクどか混
合充填され、かっ、その固定床の上方または下方に、該
固定床へ向けて原水または循環水を供給する複数のノズ
ルを備えたテイストリビュータか設けられているもので
ある。

［−作用」 この発明の固定床式バイオリアクターにおいては、固定
床となる担体として多孔質粒状体とラシヒリングとを混
合充填したことによって、多孔質粒状体か微生物を高ｌ
農度状態で包括固定化すると共に、う／上リンクの空隙
により固定床中に十分な空隙率か確保されている。

その」−１この固定床式バイオリアクターによって原水
中の有機物を分解処理する場合には、固定床の」１方ま
たは下方に位置するデイストリビュー夕の各ノズルから
固定床へ向けて原水を放出することによって、その原水
を固定床の」二面全体または下面全体に均一に供給する
。このようにすると、供給された原水かう／上リンクの
空隙を通って固定床全体に供給され、全ての多孔質粒状
体と効果的に接触することとなり、したかって、その原
水中の有機物か該多孔質粒状体の表面に１７１着固定化
されている微生物によって効率的に分解処理されること
となる。そして、このようにして固定床中の微生物によ
り処理された原水は、ラシヒリングの空隙を通って固定
床の下方または−１一方へ流出し、リアクター外へ排出
されることとなる。

「実施例」 以下、この発明の固定床式バイオリアクターの一実施例
を第１図を参照して説明する。

この実施例の固定床式バイすりアクタ−１は、紙パルプ
製造廃水のような高濃度の有機性廃水を嫌気性細菌によ
り分解処理する嫌気性廃水処理装置として用いられるも
のであって、第１図に示すように、密閉容器状のりアク
タ−２の内部に、抗火石等の多孔質粒状体３とプラスチ
ックなとがらなる円筒状のう／上リンク４とが担体とし
て混合充填されて固定床５か形成され、かっこの固定床
５の上方に、該固定床５の」二面全体へ均一に廃水を供
給するデイストリビュータロか配置されているものであ
る。

なお、上記多孔質粒状体３としては、抗火石、多孔質セ
ラミックなとが用いられるか、その大きさは、いずれも
直径５〜５ＱｘＭで、望ましくは１０〜３０ｍｔｘであ
る。また、」１記ラシヒリング４としては、プラスチッ
ク製に限らず、市販のとのような固定床用担体を用いて
も良いが、その外径５〜５Ｑｉｚで、望ましくは１０〜
３Ｑｍｍである。さらに、これら多孔質粒状体３とラシ
ヒリング４との混合比は、１９〜９１の範囲内で設定す
れば良いか、望ましくは３７〜７・３の範囲で混合した
方が良い。

上記リアクター２は、密閉容器状で、底部に該密閉容器
内を上下に仕切る網７が取り付けられ、この網７の上に
上記多孔質粒状体３およびラシヒリング４か充填されて
固定床５か形成され、その固定床５の下方に底部空間８
が設けられているものである。そして、このリアクター
２には、」−記固定床５から底部空間８に流出してきた
廃水を旦リアクター２外へ取り出して再度ティストリビ
ュータロへ供給することにより廃水を循環させる循環装
置９か備えられている。この循環装置９は、端か上記リ
アクター２の底部を貫通してそのリアクター２内の底部
空間８に位置している循環配管１０を有し、その循環配
管１０の他端か上記リアクター２の側壁」二部を貫通し
て上記ティストリビュータロの側部に連結されているも
のである。

」１記デイストリビュータロは、」１記循環配管１０か
ら導入した廃水を均一に吐き出す複数のノズルを備えた
分配器であり、そのノズルの数は、使用するりアクタ−
内の平断面積］　ｍ２当たり８個以」二で、望ましくは
４０個以−にを必要とする。

なお、本実施例で用いた第１図のデイストリビュタ６は
、底の浅い容器状で、縁部に」一方に折れ曲がる側壁１
１か設けられ、その側壁１１に−に記循環配管１０の他
端か連結して廃水導入］コ１２が形成されていると共に
、上記側壁１１の内側に所定間隔を隔てて内壁部１３か
設けられ、この内壁部１３と側壁１１との間に一ヒ記廃
水導入ロ１２から導入した廃水を一旦貯留し得るように
形成され、」−配向壁部１３の下端部にこの内壁部１３
の外側の廃水を内側に流入させる流入孔１４が所定間隔
で複数形成され、」−配向壁部１３の内側の底部に複数
のノズル１５　か該底部を上下に貫通するようにして立
設しているものである。このデイストリビュータロは、
上記リアクター２内の固定床５の」１方に配置されて、
上記廃水導入口１２がら流出する廃水を」−記ノズル１
５　から固定床５の上面全体に亙って満遍無く散水する
ように構成されており、その側壁１１が上記リアクター
２の側壁内面に固定されている。このノズル１５の上部
には、上記ティストリビュータロ内に貯留される廃水の
増加に伴って散水量を増加させる切れ込み１６か形成さ
れている。

また、上記リアクター２の底部空間８内に位置している
循環配管１０の一端には、」１記固定床５から底部空間
８内へ流出する廃水を取り入れる集水器１７か連結され
ている。この集水器１７は、」１記循環配管１０の一端
から分岐する複数の分岐管により構成されており、各分
岐管の先端部かそれぞれ上方の固定床５へ向けられて取
水口１８とされ、かつそれらの各取水１コ１８か該固定
床５の下方において同一レヘルて分散配置されているも
のである。なお、集水器１７として、必ずしも第１図で
示すようなものを用いる必要はなく、例えば、第２図（
ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ）、　（
ｆ）に示すようなものを、集水器１７として、または集
水器１７の代わりに用いても差し支えない。

上記循環配管１０には、上記各取水１コ１８から取り入
れた廃水を循環させて上記廃水導入口１２から再度供給
する循環ポンプ１９か設けられている。そして、」―記
循環配管１０の循環ポンプ１９下流側にはバルブ２０が
設けられ、このバルブ２０の下流側には、上記リアクタ
ー２内に新たな廃水を供給する廃水供給管２１か連結さ
れている。

この廃水供給管２１には、廃水を供給する廃水供給ポン
プ２２とこの廃水供給ポンプ２２の下流側に位置するバ
ルブ２３か設けられている。そして、上記循環配管１０
の循環ポンプ１９上流側には廃水排出管２４が分岐して
おり、この処理水排出管２４は、リアクター２中の水位
を一定にするオーバーフローとしての機能を備えている
。

なお、上記リアクター２の側部には、該リアクター２内
で発生するカスを放出するガス管２６が連結され、この
ガス管２６には、リアクター２内の圧力か所定の圧力を
越えた時にリアクター２内のガスを放出してガスタンク
等へ送る圧力調整弁２７か設けられている。そして、上
記ガス管２６の圧力調整弁２７上流側には、そのガス管
２６内の圧力を測定する圧力計２８か設けられ、上記圧
力調整弁２７は、この圧力訓２８からの制御信号に基つ
いて開閉するようになっている。

次に、この固定床式バイオリアクター１の使用方法につ
いて説明する。

まず、上記リアクター２に廃水を連続的に投入するため
に、廃水を一定流量て投入することがてきるようにバル
ブ２３の開度を調整した状態で、廃水供給ポンプ２２を
作動さ且る。このようにすると、外部から供給される廃
水か、廃水供給管２１および循環配管１０のバルブ２０
下流側を通って廃水導入口１２からデイストリビュータ
ロ内に流出し、この廃水がデイストリビュータロの側壁
１１と内壁部１３との間に一旦貯留される。そして、こ
の廃水が複数の流入孔１４を通って内壁部１３の内側に
流入することにより内壁部１３の水位が一定化され、さ
らにノズル１５　を通っテ流出することにより固定床５
の−に面全体に均一に散水される。

このようにして廃水か投入されたりアクタ−２において
連続的に廃水処理を行なう場合には、リアクター２中の
循環水を一定流量で投入することができるように、バル
ブ２０の開度を調整した状態で、循環ポンプ１９を作動
さ豆る。このようにすると、」二部リアクター２の底部
空間８内の廃水が集水器の］７の各取水口１８から循環
配管１０内に流入し、この循環配管１０内を通っ′Ｃ廃
水を晶合希釈した後、廃水導入口１２からティストリビ
ュータロ内に流出し、この廃水かティストリビュタ６の
側壁１１と内壁部１３との間に一旦貯留される。そして
、この廃水か複数の流入孔１／ｌを通って内壁部１３の
内側に流入することにより内壁部１３の水位か一定化さ
れ、さらにノズル１５を通って流出することにより固定
床５の」二面全体に均一　に散水される。このようにし
てリアクタ２内の廃水を循環さ姐た場合には、廃水かう
／上リング４の空隙を通って固定床５全体に供給される
ため、その廃水か１〉での多孔質粒状体３と効果的に接
触することとなり、したかって、その廃水中の有機物か
該多孔質粒状体３の表面に付着固定化されている微生物
によって効率的に分解処理されることとなる。また、上
記リアクター２内において廃水を処理すると、嫌気性発
酵によりメタンガスなとのガスか生成してリアクター２
内の圧力が」−昇するか、その場合、このリアクター２
では、内部の圧力か設定圧力を越えた時にその圧力〜１
１ を圧力計２８か検知して圧力調整弁２７を開放し、それ
によってリアクター２内のガスをカス管２６を通してリ
アクター２外へ放出する。そして、このようにしてリア
クター２内のノノズを放出していくことによって、リア
クター２内の圧力を低下さゼていき、その圧力が設定圧
力を下回った時に、それを圧力計２８か検知して圧力調
整弁２７を閉塞する。なお、上記ノＪス管２６からリア
クター２外へ放出したガスは、炭酸カスなどを除去した
後、ガスタンクなとに回収され、その後、燃料として使
用されることとなる。一方、リアクター２内で処理され
た循環水は、処理水抽出管２４からオーバーフローによ
り杖、出される。

なお、この実施例では、嫌気性廃水処理装置として用い
られる固定床式バイオリアクター１について説明したが
、この発明の固定床式バイオリアクターは好気性廃水処
理装置として利用することもてきる。そして、その場合
には、第３図、第４図に示すように、」二部が開放され
た密閉されていない容器状のりアクタ−２を用いれば良
い。また、」二部実施例の固定床式バイオリアクター１
においては、固定床５中における廃水の流れを下向流と
したか、第３図、第４図に示す固定床式バイオリアクタ
ーては上向流としており、嫌気性廃水処理装置、好気性
廃水処理装置のいずれの場合にも、固定床中における廃
水の流れとして、下向流、」−同流のとちらを選択して
も差し支えない。

以下、第３図および第４図に示す各固定床式バイオリア
クターの具体的な構成について、それぞれ簡単に説明す
る。

第３図の固定床式バイオリアクター１８は、リアクター
２８の底部空間８に、」−記実施例の固定床式バイすり
アクタ−１における集水器１７と同様な構造のデイスト
リビュータロａが設けられていると共に、上記リアクタ
ー２ａの上縁部により越流堰３０か形成され、かつその
越流堰３０の周囲に集水溝３１か設けられているもので
あって、処理すべき廃水を上記デイストリビュータロａ
がら固定床５へ向けて放出することによりその固定床５
中に」−同流を発生させ、かつその固定床５上まで」−
昇し＋３ −Ｃきた廃水の−１，澄みたけを越流堰３０により越流
させて集水溝３１へ＋ｕｌ出するようにしたものである
。

方、第４図の固定床式バイオリアクター１ｂは、上を己
固定床式バイオリアクター１ａと同様な構造−Ｃあるか
、リアクター２ｂ内の平断面か−に記固定床式バイオリ
アクター１ａよりも太きいため、そのリアクター２内の
固定床５」−中央部に上記実施例の集水器１７と同様な
集水器１７１）を設けることによって、該固定床５」−
まで−１−昇してきた廃水の−１，澄みを、中央部の集
水器１７ａから抽出するようにしたものである。

「実験例」 この発明の固定床式バイオリアクターを用いて、ノズル
数の異なる各種のテイスＩ・リビュータから固定床中へ
一定温度の水を供給し、供給前の水と固定床各部との間
の温度差を測定することによって、ディストリビュータ
のノズル数と固定床中の各部への原水の分散状ｆルとの
関係を調査する実験を行なった。

この実験で使用した実験装置の概略図を第５図に示す。

この実験装置は、内径１ｍ、容積］、　ｚ３の上部が開
放された円筒容器状のりアクタ−２を有し、そのリアク
ター２内に、多孔質粒状体である抗火石３とプラスチッ
ク製のラノヒリング４を　１１の割合で混合充填して固
定床５か形成されたものであって、その固定床５中の所
定レベルに］Ｏｃｉ間隔で基盤の目状に熱電対４０を取
り付け、かつ同様に３種類のレベルて熱電対４０を取り
付けることによって合計１８３本の熱電対４０を配置し
たものである。そして、」二ａ己リアクター２」二に（
まテイストリビュータＤか配置されると共に、該リアク
ター２と隣接して、ヒータ４１および撹拌器４２を備え
た恒温槽４３が設けられており、この恒ｌ晶槽４３内の
水をポンプ４４により供給配管４５を通して」１記ディ
ストリビュータＤに供給すると共に、その水をディスト
リビュータＤから固定床５へ供給することにより該固定
床５中を下向流となって下降してきた水を集水器１７に
より取り入れ、さらにその水をＩＪｌ水管４６によりリ
アクター２内の水面と同一レベルまて立ら」二げてｔＪ
ｌ：　ｌ〜するようになっている。また、上記各熱電対
４０は記録装置４７および中央演算処理装置４８に連結
されており、各熱電対／１．　Ｏか測定した７！ｉ＋’
１度を別々に記録するように構成されている。

この実験ては、第６図（ａ）、　（／ｌ）ｉ　（ｃ）、
　（ｄ）に示した各型式のディストリビュータＤを用い
て、−１−記リアクター２内の平断面積０．７８５１に
対するノズル数を、１個、４個、６個、２９個に設定し
た各場合についてそれぞれテストした。また、上記抗火
石３としては、直径３Ｑｘｍφのものを使用し、」上記
ラシヒリング４としては、空隙率９０％、表面積２１０
ｘ２／ｌｌ″の１インチサイズのものを使用した。なお
、通水線速度は、ｌ、Ｑｍ／Ｈｖ、ｌ、　５Ｆｌ／　Ｉ
−１ｖ、２、０ｐ／　＋−ｉ　ｖの３段階に設定した。

この実験の結果、抗火石３にう／上リング４を混合した
場合、水の流れは悪くなる傾向にあるか、ティストリビ
ュータＤのノズルを］　ｍ２当たり４０個以上とした場
合にはりアクタ−２内の温度分散か非常に良好になり、
同一レベルにおける最大温度差は２°Ｃ以下になり、そ
の標邸偏差も０．５以下という良好な状態になる。なお
、断面積１　ｍ２当たりのノズル数と最大温度差との関
係およびその標準偏差との関係を、それぞれ第７図、第
８図に示す。

［発明の効果］ この発明の固定床式バイオリアクターによれば、固定床
となる担体として多孔質粒状体とう／ヒリングとを混合
充填したので、多孔質粒状体に微生物を高濃度状態で包
括固定化することができると共に、ランヒリングの空隙
により固定床中に十分な空隙率を確保することができる
。その上、この固定床式バイリアクターでは、固定床の
上方または下方に、該固定床へ向けて原水または循環水
を供給する複数のノズルを備えたディストリビュータを
設けたので、そのテイストリビュータの各ノズルから固
定床へ向けて原水を放出することによってその原水を固
定床の上面全体または下面全体に均一に供給することが
でき、さらにその原水がう／上リンクの空隙を通って固
定床全体に供給されるため、原水を全ての多孔質粒状体
に効果的に接触させて、その原水中の有機物を該多孔質
粒状体の表面に付着固定化されている微生物により効率
的に分解処理することができる。そして、この固定床式
バイオリアクターを用いて原水を処理した場合には、原
水が固定床中を通過する際にラシヒリングの大きな空隙
を通って通過するため、該固定床中において原水の通路
となる空隙の閉塞を防くことができ、したかって、チャ
ネリングの発生か防止されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、この発明の固定床式バイオリア
クターを示す図であって、第１図は固定床式バイすりア
クタ−の一実施例を示す概略構成縦断面図、第２図は集
水器の概念図、第３図および第４図は他の実施例を示す
概略構成断面図である。第５図ないし第８図は、この発
明の固定床式バイオリアクター用いて行なった実験につ
いて説明する図であって、第５図は実験装置の概略構成
図、第６図は使用した各ディストリビュータを示す図、
第７図および第８図は実験結果を表すグラフである。 １　　固定床式バイオリアクター ２　　リアクター ３　・多孔質粒状体、 ４　　ラシヒリング、 ５　　固定床、 ６　　ディストリビュータ、 ７　　網、 ８　・底部空間、 ９　　循環装置、 １０　　循環配管、 １１　・ディストリビュータの側壁、 １２　　ディストリビュータの廃水導入口、１３　　デ
ィストリビュータの内壁部、１４　　内壁部の流入孔、 １５　　ディストリビュータのノズル、１６　　ノズル
の切れ込み、 １７　　集水器、 集水器の取水口、 循環ポンプ、 循環配管のバルブ、 廃水供給管、 廃水供給ポンプ、 廃水供給管のバルブ、 処理水１ブト出管、 ガス管、 ・圧力調整弁 ・圧力計。 出願人　アクアルネサンス技術研究組合第２図 （ｂ） 忙） （ｄ） （ｅ） （Ｃ） （ｄ） （ｂ） 第８図 一斤面１賓１ｍ２当りのノ々１し彎父 （ケ／ｍ２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 担体に付着固定化された微生物によって原水中に含まれ
   る有機物を分解処理する固定床式バイオリアクターにお
   いて、固定床となる担体として多孔質粒状体とラシヒリ
   ングとが混合充填され、かつ、その固定床の上方または
   下方に、該固定床へ向けて原水または循環水を供給する
   複数のノズルを備えたデイストリビュータが設けられて
   いることを特徴とする固定床式バイオリアクター。