JPH025154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、発酵、医薬品、食品製造、動植物細
胞培養、下廃水処理など、微生物反応、酵素反応
を利用して目的生産物を得る産業分野における新
しい反応装置に関するものである。 〔従来の技術〕 槽内に有機物分解資化性細菌、硝化菌を収納し
て、排水中の有機物の分解除去反応、アンモニア
性窒素の硝酸化反応を行わせる方法並びに装置と
しては、従来より活性汚泥法を始め、散水ろ床
法、ハニコムチユーブ接触酸化装置、回転円板装
置、粒状媒体流動床装置など種々のものが実用に
供されてきているが、中でも高負荷処理が可能
で、維持管理が容易な上、粒状媒体が槽内を流動
しているために目詰まりによる嫌気化などのトラ
ブルが起こらないなどの利点を有するため、粒状
媒体流動床法が注目を集め、研究開発が進められ
ている。この粒状媒体流動床法には、槽内に配設
したエアリフト管を介して微生物の付着に供する
粒状媒体を循環流動させるもの、あらかじめ、空
気、酸素富化気体で、原水に溶存酸素を供給し、
粒状媒体を収納した槽の底部より該原水を導入し
て粒状媒体を流動化させるもの、粒状媒体を収納
した槽下部より、空気、原水を個別に導入し該媒
体を流動化させるものなど様々なタイプの装置が
提案されてきているが、従来のこれらの装置で
は、空気呼込みによる撹拌によつて、処理液中に
微生物付着粒子が溢出したり、微生物の付着が進
むに従つて次第に粒子の密度が低下し、沈降速度
が低下した粒子が槽外へ溢出するなどの欠点をも
ち、このため、槽上部に撹拌器を設けて粒子から
微生物膜の強制的剥離を行つたり、槽外に流出し
た粒状媒体を沈殿池に設けて沈降させ回収するな
どの対策が講じられてきたが、いずれも効果が不
十分であつたり、新たな装置の付加によりコンパ
クト性が失われたり不経済性が増すなど十分なも
のではなかつた。 微生物を利用して醗酵を行わせ、食品、医薬品
等の有用物質を合成する分野についてみると、従
来は浮遊微生物を槽内に収納した反応操作が主流
であつたが、反応を高効率化、連続化するため、
生体触媒となる微生物を高濃度に培養器中に保持
するため該微生物を高分子物質によつて固定化成
形した粒状物を用いたり、ガラスビーズ、高分子
物質等の担体上に付着させて、反応器内に収納し
て発酵操作を行う方法が近年検討されている。こ
れらの反応操作においても当然、微生物付着粒
子、又は固定化微生物と処理液との分離が必要と
なるが、現在までに有効な分離方法はみられず、
超ろ過膜や遠心分離などの高価な分離方法に依つ
ているのが実情である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、従来の装置の持つこれら問題点、と
りわけ槽内粒状物の槽外流出を防止し、安価にし
て確実に槽内に保持せしめることを可能にし、も
つて高効率でコンパクトな流動層反応装置を提供
するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、前に述べた問題点を解決するために
種々の実験を積み重ねた結果、処理液中への粒子
の同伴流出を防止し、槽内に安定して粒状物を保
持して反応を安定して進行させるためには、先
ず、固気液三相流動部から気体の分離された固液
二相部を形成し、該固液二相部から担体粒子を分
離するのが有効であるとの知見に基いてなされた
もので、下部に原液供給部および散気部を有する
槽内に微生物の付着に供する固体粒子、または高
分子物質等により微生物または酵素を固定化成形
して成る粒状物を収納して成る流動層反応槽であ
つて、該槽内にその下端部が該槽壁との間に開口
部を形成する如く傾斜した隔壁を設け、かつ該開
口部下方に該隔壁とほぼ平行に邪魔板を配設する
ことにより固液二相部と固気液三相流動部を区画
形成せしめるとともに、該固液二相部と固気液三
相流動部を区画形成せしめるとともに、該固液二
相部の上部に処理液取出し口を、固気液三相流動
部の上部に分離された気体の出口を設けて成るこ
とを特徴とする流動層反応装置である。 本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明
すれば、流動反応槽３の下部は、好適には下方に
行くに従つて断面積が縮少する様に傾斜してお
り、該下部には原液流入部１および散気部２が配
設されており、該槽３内には微生物の付着に供す
る固体粒子または高分子物質等により微生物また
は酵素を固定化成形して成る固定化粒状物１１が
収納されている。そして該槽３下部より流入した
原液および空気または酸素富化気体により固体粒
子または固定化粒状物は流動状態に保たれてい
る。原水および空気または酸素富化気体の流入部
は第１図に示す如く、個別に導入される様配設さ
れていても良く、またあらかじめ気液が混合され
た混相流として導入される様配設されていても方
法は問わない。槽内に収納される粒状物は、微生
物を表面上に付着させて反応を行わしめる場合に
は、付着に適し、かつ流動化に適した物性（粒
径、密度、気孔率、表面粗度、沈降速度等）を持
つものが選定され得るが、微生物が付着した場合
の沈降速度の低下、原液の通液速度、空気または
酸素富化気体の通気速度、原液の水理的滞留時間
および層膨脹等を考慮して、一般には、砂、焼結
材、プラスチツク球、アンスラサイト、活性炭、
軽量骨材、ガラスビーズ等が処理目的に応じて選
択使用される。また槽内への充てん量は、通液時
の層膨脹が、沈積時の２培程度となるよう、通液
通気速度を考慮した上、充てん量が決定される。 微生物または酵素を高分子物質等により固定化
成形して成る粒状物を収納する場合には、反応目
的に沿つて製造されたものを利用することができ
る。例えば、用排水処理の場合には、硝化菌をポ
リアクリルアミド、または光架橋性樹脂などで固
定化し、アンモニアの硝化反応を行わせるケー
ス、リグニン分解菌を固定化して紙パルプ系排水
中などからの脱色反応を行わせるケース、また発
酵分野においては、酵母菌を固定化してアルコー
ル生産を行うケースや、アミノ酸発酵のケース、
または遺伝子操作されたE.coli.を固定化して有用
医薬品を生産するケースなど、目的により、その
目的を達成しうる微生物または酵素を選択して固
定化成形した粒状物を用いる等様々な応用ケース
が考えられる。 導入された原液は、槽内で流動化する微生物ま
たは酵素と接触して、好気条件化で生物化学的ま
たは化学的な反応を受けながら、上向流にて槽内
を通過する。 槽の下部では、固体粒子は比較的乱れの少い安
定した流動層９を形成するが、気液の層通過に伴
つて、層界面付近より、特に気泡１２に同伴され
て固体粒子が層中より上方に溢出する。槽の上部
には、その下端部が該槽壁との間に開口部１４を
形成する如く傾斜した隔壁４が設けられており、
かつ該隔壁とほぼ併行に開口部を覆うように邪魔
板４′が配設されていて、気泡に同伴して溢出し
た粒子は、該邪魔板に沿つて、斜め上方に導かれ
気泡と分離され、隔壁４、邪魔板４′の間隙を通
過して、固液二相流動部１０へ流入する。ここ
で、該粒子は液中より分離され、邪魔板、槽壁間
の間隙１３を通つて、三相流動部９へ還流する。
この還流路１３には、気泡の流入を防ぎ還流を円
滑にするため、整流突起８を設けることが効果的
である。粒子を固液分離した処理液は、固液二相
部上方に配設された処理液取出し口５より流出
し、また邪魔板４′により分離された気泡は、固
気液三相流動部上方に設けられた気体排出口６よ
り槽外に排出される。邪魔板４′の長さは、気泡
が固液２相部へ流入しない長さのものであれば十
分である。 第２図は、本発明の他の実施例を示したもの
で、該隔壁７の長さを短かくし、かつ邪魔板が図
示の様に複数の併行せる板４′，４′……であつて
も同様の効果をもたらす。 槽３は、円筒状または角槽状のいずれであつて
も同様の効果をもたらす様、任意に設計製作する
ことができる。 また、隔壁及び邪魔板の角度は、気泡が固液２
相部へ流入しない角度であれば任意の角度でよい
が、40゜〜60゜位の角度が好ましい。 〔実施例〕 巾50mm×長450mm×高4000mmの第１図及び第２
図に示したような構造の実験装置を用いて、隔壁
４，７、邪魔板４′を設けた場合と設けない場合
の比較実験を行つた。 実験条件 原水：水道水 気体：空気 充てん粒子：粒径0.5〜0.7mm焼結ろ材初期充
填高さ500mm 通液速度：0.4cm／sec 通気速度：0.25cm／sec 24時間連続運転後、処理水中に溢出した粒子
量を測定した。 隔壁及び邪魔板４，４′：槽中間上方部に45゜
傾斜させ、50mm間隔で配設し
た。 隔壁及び邪魔板７，４′：槽中間上方に45゜傾
斜させ、30mm間隔で、４枚の
邪魔板を配設した。 実験結果を表−１に示す。

【表】 以上の様に本発明によれば、従来装置のもつ欠
点を簡易な構造にて効果的に解消できる効果的な
流動層反応装置を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明の流動層反応装
置の断面概略図である。 １……原液流入部、２……散気部、３……流動
反応槽、４，７……隔壁、４′……邪魔板、５…
…処理液取出し口、６……気体排出口、８……整
流突起、１１……固体粒子、１２……気泡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下部に原液供給部および散気部を有する槽内
   に、微生物の付着に供する固体粒子、または高分
   子物質等により微生物または酵素を固定化、成形
   して成る粒状物を収納してなる流動層反応装置で
   あつて、該槽内にその下端部が該槽壁との間に開
   口部を形成する如く傾斜した隔壁を設け、かつ該
   開口部下方に該隔壁とほぼ並行に邪魔板を配設す
   ることにより固液二相部と固気液三層流動部を区
   画形成せしめるとともに、該固液二相部の上部に
   処理液取出し口を、固気液三相流動部の上部に分
   離された気体の排出口を設けて成る流動層反応装
   置。 ２ 邪魔板が複数の平行せる板である特許請求の
   範囲第１項記載の流動層反応装置。