JPH0318880B2 - - Google Patents
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- JPH0318880B2 JPH0318880B2 JP60189850A JP18985085A JPH0318880B2 JP H0318880 B2 JPH0318880 B2 JP H0318880B2 JP 60189850 A JP60189850 A JP 60189850A JP 18985085 A JP18985085 A JP 18985085A JP H0318880 B2 JPH0318880 B2 JP H0318880B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microorganisms
- particle size
- stage
- reaction
- biological reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は生物反応器（バイオリアクター）を用
いる生物反応方法に関し、詳しくは優れた微生物
保持機能と濾過機能を有する微生物担持体を充填
した生物反応器を用いる生物反応方法に関するも
のであり、水処理や有用な物質の発酵生産に利用
することができる。 〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕 バイオリアクターに微生物を固定化して連続的
に生物反応を行なう方法が提案されている。 バイオリアクターを用いる生物反応方法は種々
の方式があり、たとえばバイオリアクターに微生
物を自由に浮遊させて反応を行なう方法、微生物
をゲル等によつて包括し固定化したものをバイオ
リアクターに充填して反応を行なう方法等があ
り、最近後者の方法が主として採用されている。
この微生物を固定化する方法によれば、バイオリ
アクター中に比較的高濃度に微生物を保持するこ
とができ、単位容積当りの反応速度を高くして効
率よく生物反応を行なうことができる。固定化法
は、一般に微生物をゲル化して包括する方法およ
び微生物の付着性を利用した担体付着法がある
が、後者の方法が拡散に優れ、また経済的である しかしながら、担体付着法は反応液中に微生物
が比較的多く含まれ、生物反応プロセスの立場か
らすると、バイオリアクターから流出する反応液
に含まれる微生物と反応生成物質が十分に分離で
きなければ、非能率的なプロセスとなる。 バイオリアクターを用いる従来の生物反応方法
は、これら要求のすべてを満足したものはなく、
改良された技術の出現が望まれていた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、上記問題点を解決すべく検討を
重ねた結果、バイオリアクターに特定の微生物担
持体を充填し、該担持体に微生物を付着、増殖せ
しめることによつてバイオリアクター中に微生物
を高濃度に保持せしめると共に、該担持体に濾過
機能を持たせることによりバイオリアクターから
流出する反応液中の微生物濃度を極めて低くして
反応生成物質を効率的に分離することに成功し、
本発明を完成したのである。 すなわち本発明は、微生物担持体及び微生物を
充填した反応槽内に、生物反応基質を導入するこ
とにより生物反応を行ない、生物反応生成物を抜
出す生物反応方法において、該微生物担持体が、
細い線状物を立体的にからみ合わせ、かつ該線状
物同士の接触部の少なくとも一部を結合してなる
複雑な空間を有するものからなる粒子であり、該
微生物担持体および微生物が固定床状態に維持さ
れており、反応槽が有孔仕切板によつて多段に分
割され、微生物担持体をその粒径が30〜100mmの
ものを第１段に充填し、最終段に向かつて順次粒
系が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて最
終段に粒径が３〜20mmのものを充填してあること
を特徴とする生物反応方法である。 本発明に用いるバイオリアクターを構成する反
応槽の型式は固定床式であり、単槽でも良いが、
濾過効率をより増大せしめるには生物反応の場と
なる槽内を有孔仕切板によつて複数の部屋に仕切
り、すなわち多段に分割したものが好適に使用さ
れる。この反応槽の形状、寸法、材質等は使用目
的を考慮して決定すればよい。また、仕切板によ
つて形成される槽内の段数は通常、２〜４段が適
当であり、生物反応の種類等を考慮して適宜定め
る。さらに、多段に分割する場合、反応槽内の仕
切り方についても制限はなく、上下方向に仕切つ
てもよく、左右方向に仕切つてもよく、かつ各段
のスペースは同一であつてもよく、異なつていて
もよい。有孔仕切板の孔径については前段に充填
されている微生物担持体の粒径よりも小さいこと
が必要である。なお、孔の配列、数等は適宜決定
すればよい。 反応槽に充填する微生物担持体は、細い線状物
を立体的、すなわち上下、前後、左右にからみ合
わせたもので構成されている。この線状物のから
み合いにより担持体中に複雑な空間が生じ、線状
物の表面と該空間に微生物を担持させるのであ
る。この線状物同士の接触部の一部あるいは全部
を結合させるための手段としては特に制限はな
い。たとえば機械的手段、熱的手段などのほか接
着剤などを使用した化学的手段等も適用でき、こ
れら手段を組合せて行うこともできる。この結
果、これら線状物間に複雑な空間が形成され、担
持体表面に複雑な凹凸を形成したと同等乃至それ
以上の微生物付着効果が得られ、かつ担持体空間
をも十分に微生物居住用に供することができると
いう特色がある。 ここで線状物としては細いものが用いられ、そ
の太さは通常数十ミクロンから数ミリメートルの
間で適宜選定される。また、線状物の材質として
は様々なものを使用することができ、たとえばナ
イロン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリ塩化
ビニル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレ
ン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン等の合成
樹脂のほか木綿、レーヨン、アセテート、ガラス
繊維等を挙げることができ、これらを組合せて用
いてもよい。微生物担持体を粒子として用いる場
合、その形状は特に制限はないが、一般的には円
柱状、角形状、球形状、中空円筒状などの形状と
して用いる。粒子の大きさは径、長さ共に通常３
〜100mm程度、好ましくは５〜50mm程度が適当で
あり、嵩比重は0.005〜0.4、好ましくは0.005〜
0.2程度である。また、粒子の空隙率は60％以上
であることが好ましい。なお、粒子としては或程
度の硬さを有することが必要であり、通常は製造
工程において粒子表面に熱と圧縮力を適当に加え
て剛性を与える。 上記微生物担持体を前記反応槽に充填するにあ
たり、仕切りのない槽に粒径が同一もしくは異な
るものを組合せて充填することも可能であるが、
本発明の目的の１つである濾過効果を増大させる
ためには多段に仕切られた槽内の各段に充填する
ことが好ましい。その場合、第１段に最も粒径の
大きいものを充填し、最終段に向かつて順次粒径
が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて充填
すると優れた濾過効果が得られる。たとえば、槽
内を３段に仕切つた場合、第１段には粒径30〜
100mm、好ましくは50〜100mmの担持体を充填し、
第２段には８〜70mm、好ましくは10〜50mmの粒径
を有する担持体を、第３段には３〜20mm、好まし
くは５〜15mmの粒径を有する担持体をそれぞれ充
填する。 次に、微生物担持体の濾過特性を従来の濾材と
比較すると以下の如くである。
いる生物反応方法に関し、詳しくは優れた微生物
保持機能と濾過機能を有する微生物担持体を充填
した生物反応器を用いる生物反応方法に関するも
のであり、水処理や有用な物質の発酵生産に利用
することができる。 〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕 バイオリアクターに微生物を固定化して連続的
に生物反応を行なう方法が提案されている。 バイオリアクターを用いる生物反応方法は種々
の方式があり、たとえばバイオリアクターに微生
物を自由に浮遊させて反応を行なう方法、微生物
をゲル等によつて包括し固定化したものをバイオ
リアクターに充填して反応を行なう方法等があ
り、最近後者の方法が主として採用されている。
この微生物を固定化する方法によれば、バイオリ
アクター中に比較的高濃度に微生物を保持するこ
とができ、単位容積当りの反応速度を高くして効
率よく生物反応を行なうことができる。固定化法
は、一般に微生物をゲル化して包括する方法およ
び微生物の付着性を利用した担体付着法がある
が、後者の方法が拡散に優れ、また経済的である しかしながら、担体付着法は反応液中に微生物
が比較的多く含まれ、生物反応プロセスの立場か
らすると、バイオリアクターから流出する反応液
に含まれる微生物と反応生成物質が十分に分離で
きなければ、非能率的なプロセスとなる。 バイオリアクターを用いる従来の生物反応方法
は、これら要求のすべてを満足したものはなく、
改良された技術の出現が望まれていた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、上記問題点を解決すべく検討を
重ねた結果、バイオリアクターに特定の微生物担
持体を充填し、該担持体に微生物を付着、増殖せ
しめることによつてバイオリアクター中に微生物
を高濃度に保持せしめると共に、該担持体に濾過
機能を持たせることによりバイオリアクターから
流出する反応液中の微生物濃度を極めて低くして
反応生成物質を効率的に分離することに成功し、
本発明を完成したのである。 すなわち本発明は、微生物担持体及び微生物を
充填した反応槽内に、生物反応基質を導入するこ
とにより生物反応を行ない、生物反応生成物を抜
出す生物反応方法において、該微生物担持体が、
細い線状物を立体的にからみ合わせ、かつ該線状
物同士の接触部の少なくとも一部を結合してなる
複雑な空間を有するものからなる粒子であり、該
微生物担持体および微生物が固定床状態に維持さ
れており、反応槽が有孔仕切板によつて多段に分
割され、微生物担持体をその粒径が30〜100mmの
ものを第１段に充填し、最終段に向かつて順次粒
系が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて最
終段に粒径が３〜20mmのものを充填してあること
を特徴とする生物反応方法である。 本発明に用いるバイオリアクターを構成する反
応槽の型式は固定床式であり、単槽でも良いが、
濾過効率をより増大せしめるには生物反応の場と
なる槽内を有孔仕切板によつて複数の部屋に仕切
り、すなわち多段に分割したものが好適に使用さ
れる。この反応槽の形状、寸法、材質等は使用目
的を考慮して決定すればよい。また、仕切板によ
つて形成される槽内の段数は通常、２〜４段が適
当であり、生物反応の種類等を考慮して適宜定め
る。さらに、多段に分割する場合、反応槽内の仕
切り方についても制限はなく、上下方向に仕切つ
てもよく、左右方向に仕切つてもよく、かつ各段
のスペースは同一であつてもよく、異なつていて
もよい。有孔仕切板の孔径については前段に充填
されている微生物担持体の粒径よりも小さいこと
が必要である。なお、孔の配列、数等は適宜決定
すればよい。 反応槽に充填する微生物担持体は、細い線状物
を立体的、すなわち上下、前後、左右にからみ合
わせたもので構成されている。この線状物のから
み合いにより担持体中に複雑な空間が生じ、線状
物の表面と該空間に微生物を担持させるのであ
る。この線状物同士の接触部の一部あるいは全部
を結合させるための手段としては特に制限はな
い。たとえば機械的手段、熱的手段などのほか接
着剤などを使用した化学的手段等も適用でき、こ
れら手段を組合せて行うこともできる。この結
果、これら線状物間に複雑な空間が形成され、担
持体表面に複雑な凹凸を形成したと同等乃至それ
以上の微生物付着効果が得られ、かつ担持体空間
をも十分に微生物居住用に供することができると
いう特色がある。 ここで線状物としては細いものが用いられ、そ
の太さは通常数十ミクロンから数ミリメートルの
間で適宜選定される。また、線状物の材質として
は様々なものを使用することができ、たとえばナ
イロン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリ塩化
ビニル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレ
ン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン等の合成
樹脂のほか木綿、レーヨン、アセテート、ガラス
繊維等を挙げることができ、これらを組合せて用
いてもよい。微生物担持体を粒子として用いる場
合、その形状は特に制限はないが、一般的には円
柱状、角形状、球形状、中空円筒状などの形状と
して用いる。粒子の大きさは径、長さ共に通常３
〜100mm程度、好ましくは５〜50mm程度が適当で
あり、嵩比重は0.005〜0.4、好ましくは0.005〜
0.2程度である。また、粒子の空隙率は60％以上
であることが好ましい。なお、粒子としては或程
度の硬さを有することが必要であり、通常は製造
工程において粒子表面に熱と圧縮力を適当に加え
て剛性を与える。 上記微生物担持体を前記反応槽に充填するにあ
たり、仕切りのない槽に粒径が同一もしくは異な
るものを組合せて充填することも可能であるが、
本発明の目的の１つである濾過効果を増大させる
ためには多段に仕切られた槽内の各段に充填する
ことが好ましい。その場合、第１段に最も粒径の
大きいものを充填し、最終段に向かつて順次粒径
が小さくなるように各段ごとに粒径を変えて充填
すると優れた濾過効果が得られる。たとえば、槽
内を３段に仕切つた場合、第１段には粒径30〜
100mm、好ましくは50〜100mmの担持体を充填し、
第２段には８〜70mm、好ましくは10〜50mmの粒径
を有する担持体を、第３段には３〜20mm、好まし
くは５〜15mmの粒径を有する担持体をそれぞれ充
填する。 次に、微生物担持体の濾過特性を従来の濾材と
比較すると以下の如くである。
本発明において、バイオリアクターの微生物濃
度は水処理の場合や醗酵生産の場合等により異な
るが、通常は担体容積当り数万mg／である。一
方、系外に流出する微生物濃度は飽和に達するま
では数十mg／乃至数百mg／以下に抑えること
ができる。そのため、バイオリアクターでは極め
て高い高率で生物反応が行なわれ、後続する分離
膜の寿命は延長し、かつ分離のための設備を小型
化することができる。 また、本発明に使用する微生物担持体は微生物
の付着性、居住性に優れており、微生物を高濃度
に保持して単位体積当りの反応速度を高めること
ができる。しかも、該担持体は濾過効果をも有す
るため、バイオクリアクターより系外に流出する
液中の微生物濃度を、前述した如く低く抑えるこ
とが可能である。 よつて、本発明によれば有用物質の醗酵生産、
水処理等の様々な生物反応を高率よく行なうこと
ができる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳しく説明する。 実験例 アンモニアの生物的硝化反応 アンモニアを比較的高濃度に含有する液につい
て下記実験条件にてベンチ実験を行ない付着微生
物濃度、濾過機能、硝化率、アンモニア性窒素
（NH4−Ｎ）負荷等を調べた。 実験条件 １ 反応槽（透明な塩化ビニル樹脂製）： １段型反応槽 有効容積 20 寸法 有効径150mmφ×1130mmＨ 反応槽底部から空気吹込み ２ 微生物担持体： 素材 ポリプロピレン系80デニールおよび７デニ
ールよりなる 真比重 0.95 寸法 外径35mm、内径25mm、長さ35mmの中空円
筒型、１個の重量2.5ｇ 充填量 ９（ランダム充填） ３ 温度：室温（20〜27℃） ４ 使用微生物：細菌は活性汚泥 ５ 基質および濃度：アンモニア、アンモニア性
窒素として約500mg／、炭素源として重曹を
使用した。 ６ 醗酵形態：好気性 ７ 実験時間：約６ケ月 ベンチ実験６ヶ月後の２週間の平均値は次の通
りである。
度は水処理の場合や醗酵生産の場合等により異な
るが、通常は担体容積当り数万mg／である。一
方、系外に流出する微生物濃度は飽和に達するま
では数十mg／乃至数百mg／以下に抑えること
ができる。そのため、バイオリアクターでは極め
て高い高率で生物反応が行なわれ、後続する分離
膜の寿命は延長し、かつ分離のための設備を小型
化することができる。 また、本発明に使用する微生物担持体は微生物
の付着性、居住性に優れており、微生物を高濃度
に保持して単位体積当りの反応速度を高めること
ができる。しかも、該担持体は濾過効果をも有す
るため、バイオクリアクターより系外に流出する
液中の微生物濃度を、前述した如く低く抑えるこ
とが可能である。 よつて、本発明によれば有用物質の醗酵生産、
水処理等の様々な生物反応を高率よく行なうこと
ができる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳しく説明する。 実験例 アンモニアの生物的硝化反応 アンモニアを比較的高濃度に含有する液につい
て下記実験条件にてベンチ実験を行ない付着微生
物濃度、濾過機能、硝化率、アンモニア性窒素
（NH4−Ｎ）負荷等を調べた。 実験条件 １ 反応槽（透明な塩化ビニル樹脂製）： １段型反応槽 有効容積 20 寸法 有効径150mmφ×1130mmＨ 反応槽底部から空気吹込み ２ 微生物担持体： 素材 ポリプロピレン系80デニールおよび７デニ
ールよりなる 真比重 0.95 寸法 外径35mm、内径25mm、長さ35mmの中空円
筒型、１個の重量2.5ｇ 充填量 ９（ランダム充填） ３ 温度：室温（20〜27℃） ４ 使用微生物：細菌は活性汚泥 ５ 基質および濃度：アンモニア、アンモニア性
窒素として約500mg／、炭素源として重曹を
使用した。 ６ 醗酵形態：好気性 ７ 実験時間：約６ケ月 ベンチ実験６ヶ月後の２週間の平均値は次の通
りである。
【表】
上記連続実験後の付着微生物濃度および実験中
の流出微生物濃度は次の通りである。
の流出微生物濃度は次の通りである。
【表】
反応槽中の浮遊性微生物と系内の全微生物の比
をとると、この値は担体の付着性能を表わすこと
になる。また、この値を濾過機能から見ると、濾
過性能を表わしていると見ることもできる。浮遊
性微生物濃度は流出微生物濃度と等しいので上記
の比は次の様に表わせる。 浮遊微生物濃度／系内の微生物濃度＝流出微生物濃
度／付着性微生物濃度（反応槽容積当り）＋流出微生物
濃度 ＝4.3／10200×（９／20）＋4.3＝0.00094（＝0.
094％） 以上の結果より、本発明に用いるバイオリアク
ターは６ヶ月経過後も濾過機能を有すると共に、
十分な生物反応を行なつていると考えられる。 実施例 アンモニアの生物的硝化反応 実験例における実験条件の一部を下記のように
変更したこと以外は実験例と同様に行つた。 １ 反応槽（透明な塩化ビニル樹脂製）： 反応槽（有効容積20）を網目１cmの金網で
下段から上段に向かい容積が４、７および
９となるように３段に仕切つたものを使用し
た。 ２ 微生物担持体 寸法が外径15mm、内径８mm、長さ15mmの中空
円筒型のもの２を下段に、外径35mm、内径25
mm、長さ35mmの中空円筒型のもの３を中段
に、外径65mm、内径45mm、長さ65mmの中空円筒
型のもの４を上段にそれぞれ充填した。 その結果、実験６ヶ月後の２週間の平均値は次
の通りであつた。
をとると、この値は担体の付着性能を表わすこと
になる。また、この値を濾過機能から見ると、濾
過性能を表わしていると見ることもできる。浮遊
性微生物濃度は流出微生物濃度と等しいので上記
の比は次の様に表わせる。 浮遊微生物濃度／系内の微生物濃度＝流出微生物濃
度／付着性微生物濃度（反応槽容積当り）＋流出微生物
濃度 ＝4.3／10200×（９／20）＋4.3＝0.00094（＝0.
094％） 以上の結果より、本発明に用いるバイオリアク
ターは６ヶ月経過後も濾過機能を有すると共に、
十分な生物反応を行なつていると考えられる。 実施例 アンモニアの生物的硝化反応 実験例における実験条件の一部を下記のように
変更したこと以外は実験例と同様に行つた。 １ 反応槽（透明な塩化ビニル樹脂製）： 反応槽（有効容積20）を網目１cmの金網で
下段から上段に向かい容積が４、７および
９となるように３段に仕切つたものを使用し
た。 ２ 微生物担持体 寸法が外径15mm、内径８mm、長さ15mmの中空
円筒型のもの２を下段に、外径35mm、内径25
mm、長さ35mmの中空円筒型のもの３を中段
に、外径65mm、内径45mm、長さ65mmの中空円筒
型のもの４を上段にそれぞれ充填した。 その結果、実験６ヶ月後の２週間の平均値は次
の通りであつた。
【表】
上記連続実験後の付着微生物濃度および実験中
の流出微生物濃度は次の通りである。
の流出微生物濃度は次の通りである。
Claims (1)
- １ 微生物担持体及び微生物を充填した反応槽内
に、生物反応基質を導入することにより生物反応
を行ない、生物反応生成物を抜出す生物反応方法
において、該微生物担持体が、細い線状物を立体
的にからみ合わせ、かつ該線状物同士の接触部の
少なくとも一部を結合してなる複雑な空間を有す
るものからなる粒子であり、該微生物担持体およ
び微生物が固定床状態に維持されており、反応槽
が有孔仕切板によつて多段に分割され、微生物担
持体をその粒径が30〜100mmのものを第１段に充
填し、最終段に向かつて順次粒径が小さくなるよ
うに各段ごとに粒径を変えて最終段に粒径が３〜
20mmのものを充填してあることを特徴とする生物
反応方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60189850A JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60189850A JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6251996A JPS6251996A (ja) | 1987-03-06 |
| JPH0318880B2 true JPH0318880B2 (ja) | 1991-03-13 |
Family
ID=16248235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60189850A Granted JPS6251996A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 生物反応方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6251996A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01229857A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-13 | Kuraray Co Ltd | 微生物膜用不織布 |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP60189850A patent/JPS6251996A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6251996A (ja) | 1987-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |