JP2000325070A

JP2000325070A - 気泡塔及びこれを用いたリアクター装置

Info

Publication number: JP2000325070A
Application number: JP2000056541A
Authority: JP
Inventors: Takaya Inoue; 孝也井上; Tetsuo Kawamata; 哲郎川俣; Tomoyoshi Maeda; 朋美前田
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】流動性のある被処理物を撹拌翼を使用せず、
さらには少量から大量にわたる幅広いガス供給でも確実
に、且つ安定した高い効率で撹拌、溶解又は反応を行
え、これにより経済性に優れた気泡塔及びこの気泡塔を
用いたリアクター装置を提供すること。【解決手段】流動性のある被処理物を攪拌し、被処理
物に溶解させ、又は被処理物に反応を起こさせる気泡塔
１であって、上部と下部が開放し、流通方向における断
面形状が漸次変化する塔状の変形通路６、７を備えるボ
ックス本体２と、この変形通路６、７の下部に配置され
た気体分散手段５とを備え、気体分散手段５から気体を
気泡状にして供給することで無数の気泡と共に被処理物
をボックス本体の変形通路内を上方へ流通させることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気泡塔及びこれを用
いたリアクター装置に関し、更に詳細には流動性のある
被処理物を攪拌し、被処理物に溶解させ、又は被処理物
に反応を起こさせる気泡塔、及びこの気泡塔を用いたリ
アクター装置の技術、特に、その気泡塔内で被処理物で
ある反応物の流れ方向を変化させ、且つ反応物に分割と
合流を起こさせて撹拌及び反応を促進させる、主にバイ
オリアクターとして好適に使用される技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術としては、好気性微
生物を使い分解処理反応を行うバイオリアクターの主流
を占める、通気撹拌層型と気泡塔型がよく知られてい
る。（参考文献生物反応工学第２版産業図書山
根恒夫著）

【０００３】前者の通気撹拌層型バイオリアクターは、
密閉式の反応容器内に設けられた撹拌翼をモーター等の
外部動力で回し、被処理物の撹拌を行っていた。また攪
拌や反応に必要とされる無菌空気は反応容器底部に設け
られたガス分散器（スパージャー）によって必要量のみ
容器内に供給される。

【０００４】また、後者の気泡塔型バイオリアクター
は、密閉された塔状の反応容器内の底部より、外部の無
菌空気を反応容器内に大量に放出し、その空気の上昇移
動によるエアリフト効果及びドリフト効果を利用し撹拌
や反応を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな構成では、産業上利用する上でいくつか不都合な点
が考えられる。本発明者等は従来の技術を踏まえ、さら
なる向上を図るために鋭意研究した結果、さらに解決す
べき課題が残されていることを見い出した。

【０００６】第１の点として、前述の通気撹拌層型バイ
オリアクターに関しては、撹拌翼の回転のみで撹拌して
いた。そのため、粒子の大きい被処理物の撹拌には適す
るものの撹拌翼を回すための大きな外部動力が必要とな
り、特にランニングコストを伴う経済性の点で改善の余
地があった。

【０００７】第２の点としては、糸状菌を用いた微生物
による反応においては、撹拌翼による剪断力で細胞が傷
つけられる他、撹拌翼の軸受け部からの雑菌侵入、及
び、冷却配管等による容器内の複雑な構造により掃除が
しにくく、そのため、攪拌や反応に必要な菌類以外の雑
菌が繁殖しやすい内部構造であった。言い換えれば、連
続処理用のバイオリアクターとして使用した場合、時間
が経過するに従い反応効率が低下しやすいという点で改
善の余地があった。

【０００８】第３の点としては、気泡塔型バイオリアク
ターに関するものである。気泡塔型は通気撹拌層型に比
べ大型の機械になればなるほど、ランニングコストは下
がるものの、微生物の細胞を傷つけない程度内でのエア
ー放出によるエアリフト効果とドリフト効果のみに依存
した撹拌のため、攪拌に時間がかかる他、場合によって
は撹拌に片寄りが生じ、容器内の温度、ｐＨ制御等で支
障をきたす恐れがある。即ち、反応効率を高める点で改
善の余地があった。

【０００９】以上に示す問題点は、日々、進歩するバイ
オ技術産業の発展に直接影響を与える要素であり、高性
能のリアクター装置の提供は、バイオ産業において速急
に急がれるものである。即ち、上記３点への配慮は優れ
たリアクター装置を提供する上で重要な解決すべき課題
となる。

【００１０】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、流動性のある被処理物を
撹拌翼を使用せず、さらには少量から大量にわたる幅広
いガス供給でも確実に、且つ安定した高い効率で撹拌、
溶解又は反応を行え、これにより経済性に優れた気泡塔
及びこの気泡塔を用いたリアクター装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は気泡塔であり、
前述した技術的課題を解決するために以下のように構成
されている。すなわち、本発明は、流動性のある被処理
物が収容された槽内に設置され、被処理物を攪拌し、被
処理物に溶解させ、又は被処理物に反応を起こさせる気
泡塔であって、上部と下部が開放し、流通方向における
断面形状が漸次変化する塔状の変形通路を備えるボック
ス本体と、このボックス本体の下部に配置された気体分
散手段とを備え、気体分散手段から気体を気泡状にして
供給することで無数の気泡と共に被処理物を前記ボック
ス本体の変形通路内を上方へ流通させることを特徴とす
る。

【００１２】＜本発明における具体的構成＞本発明にお
ける気泡塔は、前述した必須の構成要素からなるが、そ
の構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立
する。その具体的構成要素とは、変形通路が上下直列に
接続される複数個のエレメントで構成され、それら各エ
レメントは一端に入口部を他端に出口部を備え、前記変
形通路は入口部から出口部に至る間にその断面形状が漸
次変化することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の気泡塔では、各エレメント
には変形通路が複数形成され、各エレメントの一端には
複数の変形通路の各入口部が整列配置され、また各エレ
メントの他端には入口部の配列パターンとは異なる別の
配列パターンで変形通路の各出口部が形成され、これに
より各エレメントの接続部に、各変形通路を流通する被
処理物の分割と合流を起こさせる分割合流手段が形成さ
れ、各変形通路の各入口部から各出口部に至る間にその
断面形状が漸次変化することを特徴とする。その際、複
数の変形通路の少なくとも一つは、その通路長手方向に
向かうに従い断面積も変化するように構成することもで
きる。

【００１４】更に、本発明における気泡塔を用いたリア
クター装置は、前述した気泡塔を備えた搭状の反応部
と、その反応部の上部に設けられ、被処理物である反応
物の体積膨張に備える上空洞部と、その反応部の下部に
設けられ、反応物を一時貯留する貯溜部と、その上空洞
部から貯溜部へと接続され、反応物を循環させる循環通
路とを備え、気泡塔でガスを気泡状に供給することによ
り、反応物の循環流を形成して反応部を通過させ、連続
的に撹拌して反応を促進させることを特徴とする。

【００１５】＜本発明における具体的構成＞本発明にお
ける気泡塔を用いたリアクター装置は、前述した必須の
構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のよ
うな場合であっても成立する。その具体的構成要素と
は、循環通路に、その通路内を流下する反応物に対して
撹拌、溶解、反応を起こさせる変形通路を設けるように
することも好ましい。

【００１６】また、本発明の気泡塔を用いたリアクター
装置では、反応部又は循環通路内の複数の変形通路の少
なくとも一方に、その通路内を流れる反応物に対し、そ
の温度を反応に適した温度に調節する温度調整装置を設
けることができる。この場合、温度調節装置としては、
複数の変形通路を形成するエレメントの外壁に面状発熱
体を設けるようにしてもよい。また、温度調節を行う手
段としては、複数の変形通路を形成するエレメント自体
を面状発熱体で形成してもよい。

【００１７】更に、本発明における気泡塔を用いたリア
クター装置では、前述した上空洞部に、反応後の流動体
を装置外部へ取り出す抜き出し口を設け、その抜き出し
口に反応後の処理物のみを装置外へと濾し出す限外濾過
膜を設けることができる。このような特徴を備える気泡
塔及びこれを用いるリアクター装置において、反応物と
しては、微生物を接種した培地溶液と有機塩素化合物、
及び無菌空気からなる反応物が大変好適である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の気泡塔及びこれを
用いたリアクター装置を図に示される好適な実施の形態
について更に説明する。（実施形態１）図１には本発明の実施形態１に係る気泡
塔１が示されている。この気泡塔１は、上部と下部が開
放（端部の開放部をそれぞれ参照符号３、４で示す）し
たボックス本体２と、このボックス本体２の下部に配置
された気体分散手段５とを備えて構成されている。ボッ
クス本体２は、複数の変形通路６を備えると共にこの変
形通路６を流通する流動性のある被処理物に分割と合流
を繰り返し起こさせる分割合流手段８を備えている。

【００１９】ボックス本体２は、図２に示されるよう
に、いくつかの混練用エレメント１０で構成されてい
る。基本的には２種類の混練用エレメント１０Ａ、１０
Ｂを計４つ交互に縦方向に接続して構成されている。図
２は説明の便宜上、この２種類のエレメント１０Ａ、１
０Ｂを計２つ接続した状態を示している。

【００２０】各エレメント１０Ａ、１０Ｂの具体的構成
について説明すると、最初に一方の種類のエレメント１
０Ａは、図３に示されるように正方形をした両端部を備
え、溶接等により他方のエレメント１０Ｂと接続され
る。エレメント１０Ａは、同じ方向に並んで配置された
２つの変形通路６、７を備えている。このエレメント１
０Ａの一方の端部には、縦長の開口を左右に形成するよ
うに中央に仕切り壁１１が設けられている。

【００２１】この縦長の左右の開口が２つの変形通路
６、７の各入口部６ａ、７ａとなる。エレメント１０Ａ
の他方の端部には、横長の開口を上下に形成するように
中央に仕切り壁１２が設けられている。この横長の上下
の開口が２つの変形通路６、７の各出口部６ｂ、７ｂと
なる。すなわち、エレメント１０Ａの入口側端部におけ
る仕切り壁１１と出口側端部における仕切り壁１２とは
互いに９０度方向を異にして配置されている。

【００２２】従って、変形通路６、７の２つの入口部６
ａ、７ａの配列パターンは、長方形状の開口が左右に並
んで形成され、また２つの出口部６ｂ、７ｂの配列パタ
ーンは、長方形状の開口が上下に並んで形成されてい
る。変形通路６、７の具体的形状について説明すると、
各変形通路６、７は、その断面形状が入口部６ａ、７ａ
から出口部６ｂ、７ｂに向かって連続的に変化してい
る。

【００２３】その変化の態様については、各変形通路
６、７とも、任意の位置での断面積は入口部６ａ、７ａ
から出口部６ｂ、７ｂまで同じであり、断面の形状のみ
が連続的に変化している。つまり、入口部６ａ、７ａは
Ｘ方向に長い長方形であり、入口部６ａ、７ａと出口部
６ｂ、７ｂの中間部においてはその断面形状が正方形と
なり、出口部６ｂ、７ｂにおいてはＸ方向に対して直交
するＹ方向に長い長方形となるように形成されている
（図５参照）。そして、変形通路６、７の長さは同じで
ある。

【００２４】従って、各変形通路６、７を通る被処理物
は、その断面形状がＸ方向に長い長方形から徐々に正方
形に変化させられ、そこから更にＹ方向に長い長方形に
徐々に変化させられることになる。このエレメント１０
Ａでは、図２に示す入口部６ａと出口部６ｂとが変形通
路６で連通し、入口部７ａと出口部７ｂとが変形通路７
で連通している。

【００２５】次に、もう１つの種類のエレメント１０Ｂ
は、図４に示されるように基本的に前述したエレメント
１０Ａと同じであるが、このエレメント１０Ｂでは入口
部６ａと出口部６ｂとが変形通路６で連通し、入口部７
ａと出口部７ｂとが変形通路７で連通している。すなわ
ち、このエレメント１０Ｂは、エレメント１０Ａと各変
形通路の各入口部と各出口部との連通態様を異にしてい
る。

【００２６】このような２種類のエレメント１０Ａ、１
０Ｂを交互に接続した状態を示す図が図２である。すな
わち、前述した２種類のエレメント１０Ａ、１０Ｂは、
一方のエレメント１０Ａの出口側端部に他方のエレメン
ト１０Ｂの入口端部を溶接等で接続する。

【００２７】なお、各エレメント１０Ａ、１０Ｂの接合
手段に溶接手段を用いて接合したが、各エレメントの両
端部に複数の穴を設けた正方形のフランジを設け、各エ
レメント同士をボルト締めにて接続しても良い。本発明
では気泡塔に好適に使用できるようにしたため、接続部
からの雑菌の侵入及び接続部での雑菌の繁殖を防ぐため
溶接手段を適用し、窪みのない平滑な接続部とした。気
泡塔以外の用途に使用する場合は、前述したフランジを
利用して接続しても良い。

【００２８】従って、２種類のエレメント１０Ａ、１０
Ｂの接続部では、一方のエレメント１０Ａにおける変形
通路６の出口部６ｂが、他方のエレメント１０Ｂにおけ
る変形通路６の入口部６ａの半分と他の変形通路７の入
口部７ａの半分とに連通し、また一方のエレメント１０
Ａにおける変形通路７の出口部７ｂは、他方のエレメン
ト１０Ｂにおける変形通路６の入口部６ａの残りの半分
と他の変形通路７の入口部７ａの残りの半分とに連通す
ることになる。

【００２９】そのため、一方のエレメント１０Ａにおけ
る各変形通路６、７を通過した被処理物の半分づつが、
他方のエレメント１０Ｂのそれぞれの変形通路６、７内
に入ることにより実質的に合流することになり、しかし
１つの変形通路を通った被処理物についてみると２つの
エレメントの接続部で半分づつに分流し分割されること
になる。

【００３０】従って、２つのエレメント１０Ａ、１０Ｂ
の接続部である出口側端部と入口側端部とに形成されて
いる各変形通路の各出口部と各入口部とが反応物の分割
合流手段８を構成することになる。このようなエレメン
ト１０Ａ、１０Ｂを図２に示すように交互に直列に接続
すれば、それぞれの接続部に流動体の分割と合流による
撹拌手段が構成されることになる。なお、被処理物の分
割合流はエレメント１０Ａの一方の端部の仕切り壁１１
やエレメント１０Ｂの他方の端部の仕切り壁１２でも生
じる。

【００３１】ボックス本体２内の下部には、ガスや空気
を含む圧縮気体をボックス本体２内に微細な気泡状とし
て放出供給するための気体分散器５が設置されている。
この気体分散器５は多孔分散管等により構成される。本
発明においては、流動体にエアーリフト効果を働かせる
ための圧縮気体は、無菌状態の空気やガスをコンプレッ
サー等の気体圧縮装置で圧縮してガス分散器５へ圧送し
ている。

【００３２】このような気泡塔１の使用方法としては、
図６に示されるように被処理物である汚水９が収容され
た処理槽１３の内部に１つ又はそれ以上設置される。処
理槽１３内の汚水にはバクテリアなどの菌が入れられて
いる。空気又はガスをコンプレッサー等の気体圧縮装置
１４で圧縮して気体分散器５へ圧送すると、この気体分
散器５から圧縮気体が無数の気泡となって噴出し、ボッ
クス本体２の変形通路に入り込んで上昇する。

【００３３】この時の気泡の上昇によるドリフト効果に
よって処理槽１３内の汚水９は、ボックス本体２の変形
通路内を下部の開放部３から入って上昇し、上部の開放
部４から出る。これにより処理槽１３内には各気泡塔１
を通る循環流が形成される。各気泡塔１内では、汚水が
無数の気泡と気液接触し、汚水はボックス本体２に設け
られた合流分割手段８と前述した気液接触とが相まって
攪拌される。その結果、汚水への酸素やガスの溶解が促
進され、或いはバクテリアなどの菌による汚水処理作用
が促進されることになる。

【００３４】ボックス本体２によるこのような攪拌作用
について図５の工程図を参照しながら更に具体的に説明
する。この工程図は、エレメント１０Ａ、１０Ｂを２個
（２段）接続した場合における被処理物の変化態様を各
エレメント１０Ａ、１０Ｂの入口側端部、中間部、出口
側端部の領域についてモデル図的に示している。

【００３５】この図５から理解できるように、気泡塔１
の下部開放部３からボックス本体２へと流れ込む被処理
物即ち汚水９は、１段目のエレメント１０Ａにおける入
口側端部で２つの変形通路６、７に入り、その流れは結
果的にＡ、Ｂの二つに分割される。この分割された汚水
９の各断面形状は共にＸ方向に長い長方形である。

【００３６】次に、この１段目の中間部においては、汚
水Ａ、Ｂの断面形状は共に正方形に変化し、さらに、１
段目の出口側端部においては、共に入口側の長手方向Ｘ
とは９０度異にするＹ方向に長い長方形に変化する。従
って、汚水Ａ、Ｂの各流状体断面形状は、Ｘ方向に長い
長方形→正方形→Ｙ方向に長い長方形、と変化する。

【００３７】この変化する過程において、各変形通路
６、７の内壁面によって連続的な圧縮作用を受けること
になる。その結果、汚水の流状体自体に、特に断面の径
方向についての連続的な対流現象が発生し、これにより
第１次の撹拌作用が行われる。

【００３８】次に、２段目のエレメント１０Ｂの入口側
端部における仕切り壁１１は、１段目のエレメント１０
Ａの出口側端部の仕切り壁１２と直角に交差しているた
め、一段目エレメント１０Ａの出口端部からでた汚水
Ａ、Ｂは、図５に示されるようにそれぞれ左右に分割さ
れてＡ／Ｂと、Ａ／Ｂとに分けられる。

【００３９】そして、各変形通路６、７のそれぞれにつ
いて、汚水Ａ／Ｂが流れることになる。すなわち、２段
目のエレメント１０Ｂの入口側端部では、汚水Ａ、Ｂの
一部がそれぞれ各変形通路６、７内で合流し、各変形通
路内の汚水における流状体断面形状は共にＸ方向に長い
長方形となる

【００４０】次に、２段目の中間部においては、汚水Ａ
／Ｂの流状体断面形状が全体として正方形状に変化させ
られ、そして出口側端部においては共にＹ方向に長い長
方形に変化させられる。この２段目においても、汚水Ａ
／Ｂは、Ｘ方向に長い長方形→正方形→Ｙ方向に長い長
方形と変化する。

【００４１】そして、その変化過程において各変形通路
６、７の内壁面によって連続的な圧縮作用を受けること
になる。その結果、汚水の流状体自体に、特に断面の内
外方向について連続的な対流現象が発生し、これにより
第２次の撹拌作用が行われる。

【００４２】３段目については特に図示していないが、
３段目の入口側端部では図５に示される２段目の出口側
端部における最終の汚水に、仮想線Ｘ１を加えて示すよ
うに左右に分割され、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂのように合流す
る。以降は１段目、２段目と同様にして撹拌される。こ
のようにして、汚水には圧縮力と剪断力が作用し、その
作用力で汚水に分割と合流を行い、再度その汚水に圧縮
力と剪断力を作用させ、同様に分割と合流を繰り返すこ
とで撹拌する。

【００４３】（実施形態２）また、本発明は前述した気
泡塔を用いたリアクター装置であり、この発明の実施形
態２としてこれをバイオリアクターに適用した例につい
て説明する。図７には、本発明の実施形態２に係るリア
クター装置２０が概略的に示されている。この基本的構
造は、図１に示す気泡塔１を内部に備える塔状の反応部
２１と、その反応部２１の上部に設けた上空洞部２２
と、反応部２１の下部に設けた貯溜部２３とを備え、上
空洞部２２から貯溜部２３へと循環通路２４を接続した
構成である。

【００４４】この構成のリアクター装置２０は、循環型
のリアクターで気体分散器５より貯溜部２３に供給され
る圧縮気体で、反応物に対しエアリフト効果を働かせる
ことで流動手段を形成し、反応部２１の内部に設けられ
た、攪拌機能を有する複数の変形通路６、７を備える気
泡塔１に反応物を繰り返し流入通過させることで連続的
に撹拌を行い反応を行うリアクター装置である。反応部
２１は、気泡塔１の外部を外筒２５によって覆うことに
より２重管構造とされている。この外筒２５は円筒状あ
るいは角筒状等に形成される。

【００４５】また、反応部２１の上部に設けられる上空
洞部２２は、気泡塔１の上部開放部４に連通するように
形成されている。反応部２１の下部に設けられる貯溜部
２３は、気泡塔１の下部開放部３に連通するように形成
されている。なお、この時、外筒２５の両端部はそれぞ
れ上空洞部２２及び貯溜部２３の外壁面とつながってお
り、気泡塔１の外壁面と外筒２５の内壁面により空隙部
２６が形成される。

【００４６】次に、循環通路２４について説明する。循
環通路２４は、上空洞部２２と貯溜部２３とを接続する
ものであって配管で形成されている。この循環通路２４
の一部には、撹拌機能を有するボックス本体２とこれを
覆う外筒２７とを設けており、これらにより循環通路２
４の一部を２重管構造とし、これによりボックス本体２
と外筒２７の間には空隙部２８が形成されている。な
お、この外筒２７も前述の外筒２５と同様に円筒状ある
いは角筒状等に形成される。

【００４７】また、その循環通路２４にはリアクター装
置２０の内部温度を調節し、反応に適した反応雰囲気を
生み出すための温度調節装置２９が設けられている。こ
の温度調節装置２９については、空隙部２６、２８共に
以下に説明する。

【００４８】ここで前述の空隙部２６、２８に関し説明
する。それぞれ空隙部２６、２８は、その空隙部内に液
体を充填または循環させておくことで、比較的複雑な壁
面構造を持つボックス本体２への応力集中を回避すると
共に、その液体の温度を調節することで、リアクター装
置２０内の温度を調節している。すなわち、前述の温度
調整装置２９も兼ねるものである。

【００４９】この実施形態２では、循環通路２４側に形
成された空隙部２８に温水を導入感３０ａ及び排出管３
０ｂにより循環させることで、リアクター装置２０内の
内部温度を調整しているが、この空隙部２８を構成する
外筒２７そのものに加熱手段を設け、この温水の温度を
調節してもよい。

【００５０】また、この実施形態２では、循環通路２４
側に温度調節装置２９を設けたが、反応部２１側に形成
された空隙部２６に温水を循環させ、リアクター装置２
０内の温度調節を行っても差し支えない。

【００５１】なお、その他の温度調節装置２９として
は、ボックス本体２そのものを面状発熱体で形成する
他、それら壁面に面状発熱体を取り付けてリアクター装
置２０内の温度調節を行っても良い。この場合、前述の
空隙部２６、２８内に熱伝導係数の低い気体を封入する
と反応物の温度調節がしやすくなると共に、経済的にも
都合がよい。

【００５２】また、この温度調節装置２９は反応物の温
度調節の他に、リアクター装置２０内の殺菌装置として
も使用することができる。殺菌装置として使用する場合
は、リアクター装置２０内部に水を注入し、上記の温度
調節装置２９でその水を沸騰させることで高温の蒸気を
発生させ、装置内部を殺菌する方法等が挙げられる。

【００５３】なお、前述の循環通路２４は、その通路内
に撹拌機能を有するボックス本体２を形成したことを前
提として述べたが、普通の管形状として前述したと同様
の温度調節装置２９を設けても良い。この場合、前述の
ボックス本体２を備えた構成に比べ、温度の拡散性能に
やや劣るが、簡単に循環通路２４を造ることができると
いう利点がある。

【００５４】この実施形態２では、反応部２１を構成す
る気泡塔１がエレメント１０を４段重ねて形成されたボ
ックス本体２によって構成され、また循環通路２４には
エレメント１０を２段重ねて形成されたボックス本体２
が設置されている。なお、本発明のリアクター装置は、
この段数に限定されるものではなく、必要に応じそれ以
上あるいはそれ以下の段数であってもよい。また、ボッ
クス本体２の内部に形成される変形通路も２以上であれ
ばよい。

【００５５】続いて、この実施形態２のリアクター装置
２０における反応物の流動操作及び撹拌について、反応
物の流れを段階的に追って説明していく。初めに流動操
作について説明する。第１段階（装置稼動前）として、
流動性のある反応物は、静止した状態でリアクター装置
２０の反応部２１の上面の高さまで充填されている。従
って、反応部２１と連通する貯溜部２２及び循環通路２
４の一部も反応物で満たされている状態にある。

【００５６】この時、反応物は静止状態にあるため、気
泡塔１による撹拌は行われない。すなわち、反応物の撹
拌による反応は行われない状態にある。第２段階（装置
稼動直後）とし、装置外部に備えたコンプレッサー１４
からの圧縮気体がガス分散器５に向かい供給され、気泡
状に細分化されて気泡塔１内に供給放出される。ガス分
散器５から放出された無数の気泡は、その浮力でただち
に反応部２１における気泡塔１を構成するボックス本体
２の複数の変形通路６、７に向かい垂直に上昇移動を始
める。

【００５７】第３段階（反応物の流動開始）として、前
述の上昇移動する気泡により反応物に対し、エアリフト
効果が作用する。このエアリフト効果による作用は貯溜
部２３から反応部２１へと反応物を持ち上げ、やがて、
反応物全体に対し上昇流を発生させる。また、これと同
期して、循環通路２４内の反応物も、貯溜部２３から反
応部２１へと流出した液量の分だけ、それを補う形で循
環通路２４から貯溜部２３へと引きずられるように流下
する。すなわち、反応部２１においては上昇流、循環通
路２４においては下降流が発生する。

【００５８】第４段階（反応物の循環開始）として、反
応物に十分な上昇流が発生し、やがて反応部２１から溢
れ出した反応物が循環通路２４へと流れ込み、その循環
通路２４に流れ込んだ反応物は第３段階に示すよう反応
部２１の上昇流に引きずられる形で再び反応部２１の下
部に設けられた貯溜部２３に循環通路２４を流下し流れ
込む。なお、この段階において、前述の上空洞部２２
は、反応物に気泡が混入することで起きる反応物の体積
膨張に対し、その膨張した体積の逃げる空洞部となる。

【００５９】第５段階（循環流動の形成）として、第４
段階で再び貯溜部２３へと流れ込んだ反応物は、貯溜部
２３内に設けられた気体分散器５より供給されるエアー
により再び上昇流に乗せられ、反応部２１に流れ込む。

【００６０】第６段階（循環流動の定常化）では、以上
のように反応物は前述した第３段階から第５段階を繰り
返すことで反応物の循環流動が定常化される。これによ
って、反応部２１及び循環通路２４内を繰り返し通過す
ることで、反応に必要な空気の供給を受けつつ、反応物
並びに空気同士が均一に撹拌されると共に、循環通路２
４においてはさらに、温度調装置２９による温度の調節
等を受けつつ、撹拌されるため反応物への温度の伝達が
均一に行われる。従って、反応に適した反応雰囲気が得
られ効率の良い反応が行われる。

【００６１】なお、前述の実施形態２で用いたエレメン
ト１０は、２つの変形通路６、７を備えたものであった
が、３以上の変形通路を備えるエレメントを接続してボ
ックス本体２を構成してもよい。また、図２から図４に
示すエレメント４０の各角部は一見、直線的なラインで
構成されているよう見えるがスムーズな曲面状に形成さ
れ雑菌の繁殖を抑えている。

【００６２】以上が本発明の実施形態２に係るリアクタ
ー装置で、この構成により反応部２１内に攪拌翼を使わ
ずに、かつ、少ないエアーの供給でも反応物を確実に攪
拌できる攪拌手段を設けることができるようになり、さ
らには、温度調節装置２９をその外部に設けることで、
装置内部を簡略化し、雑菌の繁殖しにくい内部構造とす
ることができた。

【００６３】（実施形態３）前述した実施形態２では、
循環通路２４を配管で形成し反応部２１から独立した通
路としたが、図８に示すように反応部と循環通路とを隣
接した形態とすることもできる。具体的には、気泡塔１
を包囲するように中間筒３１を配置し、更にこの中間筒
３１を包囲する外筒３２から構成される３重管構造と
し、これらの間に形成される通路を循環通路２４とした
り、前述した空隙部２６、２８と同様の機能を有する空
隙部３３に形成した構成である。なお、反応物の流動操
作及び攪拌については、前述の実施形態２と同様であ
る。

【００６４】この構成とした場合は、リアクター装置を
実施形態２の構成に比べ小型化でき、その結果占有面積
を小さくできるといった利点が得られる。このことによ
り少ないスペースでもリアクター装置を複数設置するこ
とができる。

【００６５】（実施形態４）前述した各実施形態におけ
る気泡塔１において、エレメント１０から構成される変
形通路６、７の断面形状は、その断面形状のみが変化し
て複数の変形通路を構成するタイプのエレメントを例に
示したが、図９及び図１０に示すようにその断面形状と
共に断面積をも変化させたタイプのエレメントによる、
複数の変形通路を構成することも可能である。以下、そ
のエレメントについて説明する。

【００６６】この図９に示すエレメント１００は変形通
路１０２、１０３の断面積が、図１１の入口部と図１３
の出口部との中間部において、図１２に示すようにほぼ
半分の大きさに形成されている。具体的には、各変形通
路１０２、１０３は入口部分から中間部分に向かうに従
いその断面形状が順次小さくなり、中間部から出口部分
に向かうに従いその断面積が順次大きくなっている。

【００６７】このようなエレメント１００を用いて複数
の変形通路を構成した場合、撹拌効率がさらに向上す
る。その理由は、変形通路１０２、１０３の中間部分に
おいて断面積が半分に縮小することに伴う３次元的撹拌
作用により、変形通路１０２、１０３内に無数の渦乱流
が発生するためである。

【００６８】すなわち、変形通路１０２、１０３の断面
積が中間部分に向かうに従い縮小しているので、反応物
は共に対応する変形通路の内面全体から圧縮作用を受け
その流速が加速される。さらに中間部分から出口に向か
うに従い断面積が次第に拡大しているので、反応物には
中間部分通過直後に減速され急激な圧力の変化により乱
流が生じる。やがて、断面形状が広がるに従いさらに減
速されていく。

【００６９】したがってこれらの過程において、反応物
には入口部から出口部の間で圧力の変化を受け３次元的
な撹拌による渦乱流が発生する。２段目以降も同様な撹
拌作用が生じる。即ち、前述のエレメント１０の分割と
合流による攪拌手段に加え、さらに圧力変化による渦乱
流による攪拌作用を追加したエレメントがエレメント２
００である。

【００７０】なお、このエレメント１００を使用して複
数の変形通路６、７を形成した場合、エレメント１０に
比べエレメント１００は、その撹拌性能が優れているた
め直列に接続するエレメントの段数を減らしても前述し
たエレメント１０と同等の攪拌効率を得ることができ
る。すなわち、複数の変形通路の全長を短くすることが
できるためリアクター装置の全高を低く押さえることが
できる。

【００７１】但し、このエレメント１００を使用し複数
の変形通路を形成した場合において、あまりにも急激な
圧力変化を作用させるエレメントの全長、即ち、エレメ
ント１００内における通路内壁面の傾斜を緩慢にしすぎ
ると、反応物の円滑な循環流の妨げとなり、分割と合流
による攪拌に支障をきたす怖れがある、従ってその傾斜
の設定には十分な配慮を行う必要がある。また、前述の
エレメント１０と同様にエレメント１００内部における
各角も雑菌の繁殖しにくいスムーズな曲面状に形成され
ている。

【００７２】（実験例１）続いて、本発明の必要最小限
の構成からなるバイオリアクターを使用し、好気性微生
物を使ったコプラナーＰＣＢ（以下ＰＣＢ）の分解処理
に関し示す。初めに試験管レベルのＰＣＢ分解について
示しておく、ＰＣＢとしてｋａｎｅｃｌｏｒ６００、３
００の単一異性体を用い、ヘキサンに抽出した２ｍｌの
ＰＣＢをｔｒｉｐｔｉｃａｓｅｓｏｙｂｒｏｔｈ
（以下ＢＬＬ）によるブイヨン状培地３０ｍｌに添加
し、菌株ＢａｃｉｌｌｕｓｍｉｄｏｕｓｕｊｉＳＨ
２ＡＡＴＣＣ５５９２６（以下ＳＨ２Ａ）あるいは、
ＢａｃｉｌｌｕｓｍｉｄｏｕｓｕｊｉＳＨ２ＢＡ
ＴＣＣ（以下ＳＨ２Ｂ）を接種したＰＣＢ混合溶液を使
用した。

【００７３】なお、この好熱菌は６２℃で活性を呈し１
００℃まで同レベルの活性を示す他、その増殖速度は２
分裂５分と非常に早い。しかも、この好熱菌の活性温度
は６２℃以上であるために、その他雑菌による影響もな
くリアクター装置での使用に非常に適した菌である。

【００７４】また、置換塩素４以下で培地濃度１００ｐ
ｐｍのＰＣＢにおける無害化処理では、この度、通産省
の難分解性有機化合物処理技術検討評価委員会により実
証試験に基づく評価を得て、利用可能な菌であるとされ
ている。

【００７５】実験としてはＰＣＢ濃度を６７ｐｐｍとし
て、これを６２℃で２１日間培養した。また、コントロ
ールとして菌株を接種しないサンプルも作成し、予備実
験を行った。

【００７６】培養実験後のサンプルを７０００ｒｐｍで
１５分間遠心分離し、上澄液を０．４５μｍのマイクロ
フィルターでろ過し、ガスクロマトグラフにて分析を行
ったところ、その結果ＰＣＢ濃度はＳＨ２Ａ及びＳＨ２
Ｂを接種したものは０．００２ｐｐｍ、ＳＨ２Ｂを接種
したものは０．００４ｐｐｍまで低減され、好熱菌ＳＨ
２Ａ及びＳＨ２ＢによるＰＣＢの分解が確認された。な
お、コントロールではＰＣＢの低減はみられなかった。

【００７７】続いて、前述の試験管レベルにおけるＰＣ
Ｂ分解実験結果を基に本発明の必要最低限の構成による
バイオリアクターを使いＰＣＢの分解についてスケール
アップを行う。ＰＣＢとしては、ｋａｎｅｃｌｏｒ５０
０の単一性異性体を用い、本発明を適用した１０Ｌのリ
アクターを用いてＰＣＢ処理のスケールアップを図っ
た。初めに、ＰＣＢが混入したエタノール（ＰＣＢ濃度
として１０００ｍｇ／Ｌ）１Ｌを、別に設けた紫外線処
理装置に入れマグネチックスターラーで撹拌しながら２
５４ｎｍの紫外線を６０分間照射する。なお、この紫外
線照射は生物分解にとって好都合なビフェニルの形に変
換するための前処理である。

【００７８】次に紫外線照射したＰＣＢをＢＢＬ培地と
混合し、１０Ｌとする。ＰＣＢ濃度としては約１００ｍ
ｇ／Ｌとなる。これに対し菌株ＳＨ２Ａ及びＳＨ２Ｂを
接種し、本発明のリアクター装置でバッチ処理によるス
ケールアップを行う。

【００７９】このスケールアップによると、従来の常温
菌を用いた本法と同様のスケール処理では、約１００ｍ
ｇ／ＬのＰＣＢが概１０日後に排水基準値の０．００３
ｍｇ／Ｌのレベルとなることが確認されているが、本発
明のリアクター装置を使い本処理法を行うことで、増殖
速度やリアクター装置の高機能性により従来の常温菌に
よる処理の場合と同等の処理水とするための処理期間が
１０日を大きく下回ることが期待される。

【００８０】この根拠としては、本発明におけるリアク
ター装置の構造が貯溜部２３内からのエアレーションに
より、装置内の微生物に対し十分な酸素を供給しつつ、
かつ複数の変形通路内６、７で酸素、菌体、培地、並び
にＰＣＢ混合液を均一に撹拌する完全撹拌培養型の条件
を簡単に得ることができるためである。

【００８１】またリアクター装置内では、すべての部分
において常に反応物が流動しているためリアクター内に
おける溶存酸素量の偏りや、菌体の壁面への付着が少く
なり、反応に有効に使われる酸素の量、並びに微生物の
絶対数が増えるためである。

【００８２】さらには、装置は完全密閉状態で雑菌が浸
入しずらく、反応に不必要な菌類による汚染が行われな
いため装置内における反応効率が一定に保持され安定し
た分解処理が行えると考えられるためである。以上の考
えられる要因により、短時間でＰＣＢの分解処理が完了
すると思われる。

【００８３】なお、リアクター装置にエアレーション調
節器、ｐＨ制御装置、温度調節器等の各種制御装置とｐ
Ｈ、温度、溶存酸素（ＤＯ）測定用のセンサーなどを設
け、その各種センサーのフィードバックにより制御装置
を制御することで、微生物反応に最適な条件を簡単に得
ることができ、より安定した高効率の分解処理を行うこ
とも可能である。

【００８４】なお、循環通路２４にボックス本体２を設
け各種制御装置、並びに各種センサーを備え付けると、
より正確に反応雰囲気を制御でき、より短時間でＰＣＢ
の分解処理が完了させることもできる。参考までに、Ｐ
ＣＢ分解溶液の温度を６３〜６７℃に維持すると良好な
分解処理結果が得られた。以上が本発明を使用したＰＣ
Ｂ分解処理のスケールアップに関するものである。

【００８５】（実施形態５）続いて、前述した本発明を
適用したバイオリアクターを使用したＰＣＢ分解を基
に、本発明のリアクター装置を適用したＰＣＢ分解プラ
ントについて図１４を参照して説明する。このバイオリ
アクタープラントの構成は混合タンク２０１、紫外線照
射装置２０２、蒸留容器２０３と、本発明による第１好
気性バイオリアクター２０４、第２好気性バイオリアク
ター２０５、脱塩塔２０６から構築されるプラントであ
る。

【００８６】以下、このプラントについてＰＣＢの流れ
と共に説明していく。初めに、エタノール等からなる溶
媒液と、ＰＣＢを混合タンク２０１内で溶かし合わせ
る。続いて、混合タンク２０１から紫外線照射装置２０
２にＰＣＢの溶け込んだ混合溶液を流入させ、この紫外
線照射装置２０２内でＰＣＢ混合溶液に紫外線を照射
し、混合液中のＰＣＢを生物分解に適したビフェニルの
形にする。

【００８７】その後、この紫外線照射された混合溶液は
蒸留容器２０３に流入し回収される。この蒸留容器２０
３は、ＰＣＢ溶液を一定の濃度に濃縮した後、リアクタ
ー装置内に流入させるＰＣＢ混合溶液の濃度を調節する
ものである。なおこの時、蒸留容器内から蒸発したエタ
ノール蒸気は冷却装置２０７により再び液化され混合タ
ンク２０１に流入する。

【００８８】次の工程として、本発明の第１バイオリア
クター２０４内に蒸留容器２０３で濃縮されたＰＣＢ混
合溶液が流入する。この第１バイオリアクター２０４に
は前述の好熱菌ＳＨ２Ａが培養されており、この中を紫
外線処理されたＰＣＢ混合溶液が流動し気泡放出口２０
９から装置内へと供給される無菌酸素と十分に撹拌され
ると共に、循環通路２１０に設けられた温度調節装置２
１１により反応に適した反応雰囲気が生み出され、第１
分解処理が進められる。

【００８９】なお、この第１バイオリアクターの抜き出
し口２１２には、前述のセラミックフロータイプの限外
濾過膜を設け、第１バイオリアクター内２０４に菌株Ｓ
Ｈ２Ａのみを濾し残すことで、引き続きＰＣＢの分解を
連続的に行える構造とすることもできる。このように連
続的に処理を行える理由としては、本発明を適用したバ
イオリアクター装置は、その内部構造を雑菌の繁殖しに
くい構造としているためである。即ち、反応に不必要な
雑菌が繁殖しないため、連続的に反応を行っても反応効
率が低下しないためである。

【００９０】次に、また同じ構成の第２バイオリアクタ
ー２０５に第１バイオリアクター２０４より第１分解処
理の行われた前記混合溶液が流れ込む、この第２バイオ
リアクター内には菌株ＳＨ２Ｂが培養されており、この
中をＰＣＢ第１分解処理溶液が流動し、第１バイオリア
クター２０４同様の作用を受け、装置内のＳＨ２Ｂによ
り最終的分解を受ける。

【００９１】その後、基準値以下のＰＣＢ濃度と確認さ
れた後抜出し口２１３より抜き出される。なお、この抜
き出し口２１３にも前述同様に限外濾過膜を設け、第２
バイオリアクター２０５を連続運転できるようにした。

【００９２】脱塩塔２０６については、第１及び第２バ
イオリアクター２０４、２０５の反応時に装置内から発
生する塩素を含んだガスに対し、脱塩処理を行い無害な
状態とし大気に放出するためのものである。

【００９３】この脱塩塔内２０６の構造は、その内部に
撹拌機能を有する気泡塔１が設置され、内部の複数の変
形通路２００内を固形石灰２１４で満たした構造であ
る。前述のガスはリアクター装置２０４、２０５の上部
に備えられたデミスター２０８で気体とされたまま冷却
装置２１５へと送られ、冷却装置２１５で脱塩処理反応
の効率よく行える温度まで冷却された後、固形生石灰２
１４が入る脱塩塔２０６に導かれ脱塩処理が行われる。

【００９４】なおこの時、この脱塩塔２０６には本発明
の気泡塔１からなる反応部２１が適用されており、ガス
が複数の変形通路２００を上昇することで撹拌され、確
実に固形生石灰２１４と接触し脱塩処理反応が行われ
る。

【００９５】（実施形態６）続いて、有機塩素化合物の
一つに上げられるダイオキシン分解のメカニズムを本発
明のリアクター装置と絡め説明する。なおこのダイオキ
シン分解処理に関しては、先のＰＣＢ分解処理における
処理プラントと基本的に同じ構成の処理プラントを使用
するため同一部分に付いては同一符号を付し、その説明
を簡略化する。

【００９６】具体的には、ダイオキシンの分子構造を微
生物反応に適した構造に置換する工程の紫外線照射によ
る脱塩素処理に変わり、化学触媒を使い脱塩素処理を行
う常温触媒スラリー反応のプロセスを適用し、この化学
触媒を使った脱塩処理を第１バイオリアクター内３０４
で効率よく行っている。

【００９７】ダイオキシン類は１９９８年に改正された
廃棄物処理法のもとでは、新たな焼却施設から排気ガス
として大気中に排出される恐れはなくなったが、焼却灰
に濃縮された形で存在し、溶融処理などの焼却灰の埋立
処分などにおいてそのダイオキシンを処理する必要があ
る。

【００９８】ダイオキシン類の構造は、２つのベンゼン
環の間を一対の酸素原子でつなぎ合わせたジベンゾ・ダ
イオキシンと酸素１つとＣ−Ｃボンドの三環構造を持つ
ジベンゾ・フランからなる有機化合物である。

【００９９】このダイオキシンの分解技術に関しては、
化学触媒を利用する常温触媒分解法、紫外線分解法、気
相水素還元法等様々な分解方法が上げられているが、完
全無害な炭酸ガスと水までの分解には至らず、近年、そ
の分解方法が化学処理から微生物を利用した分解処理に
着目されるようになってきた。

【０１００】以下、本発明のリアクター装置を使用して
ダイオキシンを分解する工程について説明する。第１の
工程として、混合タンク２０１内でダイオキシンを含む
土壌または焼却灰に水と化学触媒を混ぜ流動性を持たせ
る。この化学触媒の混入量はダイオキシンに汚染された
土壌並びに焼却灰に対し１％弱混入した。

【０１０１】続いて、第１バイオリアクター２０４内に
そのダイオキシン混合液を充填し、リアクター装置内で
ダイオキシンと化学触媒と水とを十分撹拌し接触させる
ことにより、ダイオキシンの脱塩素処理を行う。つまり
ＰＣＢの分解処理では、第１バイオリアクター２０４に
ＰＣＢ混合液を入れる前に紫外線照射装置２０２で分解
前処理を行ったのに対し、ダイオキシンでは第１バイオ
リアクター２０４内で分解前処理を行った。ただしこの
処理方法はダイオキシンに限定するものでなく先のＰＣ
Ｂの分解にも適用できるものである。

【０１０２】この第１バイオリアクター２０４内では以
下に示す順序で脱塩素処理が行われる。触媒の働きによ
るダイオキシンの分解開始は、ダイオキシンを構成する
２つのベンゼン環をつなぐ酸素原子（−Ｏ−）に、水
（Ｈ−Ｏ−Ｈ）が反応して、−ＯＨ、ＨＯ−と３員環の
真ん中の結合が切り離されることによって始まる。

【０１０３】続いて、酸素原子を酸化して、−Ｏ−を−
Ｏ、Ｏ−の形で真ん中を切り離し、２つのベンゼン環に
付加している塩素を外し始める。これらの反応が同時に
チェーン上に起こって、ベンゼン環を一つづつ開環し炭
酸水素に分解する。このように第１バイオリアクター２
０４内ではダイオキシンを炭酸水素に分解する前処理が
行われる。

【０１０４】脱塩素処理の行われた混合物は、シックナ
ー装置などで脱水処理されダイオキシンの除去された固
形物と、炭酸水素を含む水溶液とに分離される。この炭
酸水素を含む水溶液は引き続き第２バイオリアクター２
０５内に充填され、この内部で前述の好熱菌ＳＨ２Ｂに
よって最終的な処理物の炭酸ガスと水に分解される。

【０１０５】なお参考までに、この微生物によるダイオ
キシンの分解特性を表１に示した。

【表１】

【０１０６】この表１から分かるように、ダイオキシン
を含んだ基質に前述の菌株を含む培地を混ぜその基質を
３日間６４℃に保った場合、基質濃度１００ｐｐｍのＮ
ｏｎＣＩ−ＤＦジベンゾ・フランからなる基質において
は、基質減少率が８９．７２％にも達している。また基
質濃度１０ｐｐｍのＬｏｗＣＩ−ＤＦジベンゾ・ダイオ
キシンにおいては、９５．４５％に達する非常に優秀な
分解力を示している。

【０１０７】ダイオキシンに汚染された廃棄物処理場の
浸出水のように低濃度になれば、好熱性微生物による分
解は更に早くなる。本発明の容量５Ｋｇのバイオリアク
ターで、ＮｏｎＣＬ−ジベンゾフラン１．７７ｐｐｍを
含む標準培地ＴｒｉｐｔｉｃａｓｅＳｏｙＢｒｏｔ
ｈに菌株ＳＨ２Ｂを入れ菌濃度６００個／ｇ、６３℃の
条件で、菌の増殖に必要な、リアクター内の溶存酸素濃
度を記録監視しながら、エアーを投入した。

【０１０８】結果は、１．５時間で０．０８ｐｐｍと９
５．３％ジベンゾフランを分解し、菌濃度は３、２００
個／ｇと５倍に増加し、溶存酸素濃度は投入エアーでは
不足し、４４％に減少し、急激に０に近づきつつあっ
た。１１０分後に溶存酸素０になった時点でエアーを
３．４倍に増量し、リアクター内の溶存酸素量を一旦回
復させたが、１４５分まで下がり続け、半減した。その
後、徐々に回復し、１８０分後に元に戻った。３時間後
のジベンゾフランの濃度は０ｐｐｍで、菌濃度は、１．
６７×１０の８乗と急激に増えていた。１００分から１
５０分の間が菌株の対数増殖期にあたり、別に求めた増
殖曲線と一致した挙動を示している。

【０１０９】図１５に、溶存酸素と、ジベンゾフランの
経時変化特性を示す。ここに示した好熱性の菌株は、世
代交代８分と早く、活性領域が６２℃以上なので、無菌
性の確保の心配も無く、非常に分解能力のある優れた株
菌であって本発明のバイオリアクターでの使用に大変好
適である。

【０１１０】以上は、本発明を利用した好気性バイオリ
アクターのプラント概念であるが、ダイオキシン並びに
ＰＣＢ以外にも有機塩素系農薬（ＤＤＴなど）、さらに
その他環境ホルモンなども分子構造の類似性の点からみ
てＰＣＢと同様の分解可能性があり、その物質に適した
菌体が見つかれば本発明の使用が可能であると思われ
る。

【０１１１】また、本発明のリアクター装置はその構造
上、粉体の撹拌にも適した構造である。本発明を粉体の
処理に使用する場合は、上空洞部２２に連通する供給口
３４から粉体をその自重を利用して気泡塔１を流下させ
ることによって撹拌を行い、また、循環通路２４に粉体
の上降手段を設け、貯溜部２３に反応部２１を流下し堆
積した粉体を再び上空洞部２２に導き、再度、反応部１
内を流下させ分解処理を行う構成とする。この粉体とし
ては現在、ダイオキシンを含んだ未処理の貯蔵焼却灰、
さらには生ゴミ、汚泥等に関し検討中である。

【０１１２】その他の利用方法としては、気泡塔１のボ
ックス本体２を構成するエレメントを面状発熱体で形成
し、リアクター装置内で生ゴミ、汚泥等の半固形物の乾
燥を行うと共に、ガス分散器５より圧縮空気を半固形物
に噴射することで、粉体状に粉砕する方法も考えられ
る。すなわち、流動層乾燥器としても使用できる。従っ
て、本発明のリアクター装置のみで前記焼却灰、さらに
は生ゴミ等の処理に適した総合的なリアクター装置とし
て使用できる可能性がある。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の気泡塔及
びこれを用いたリアクター装置によれば、流動性のある
反応物を撹拌翼を使用せず、さらには少量のエアー供給
でも確実に撹拌を行える撹拌手段を設け、これにより経
済性に優れ、しかも安定した高い反応効率で反応を行え
るリアクター装置を提供をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る気泡塔を示す正面図
である。

【図２】図１に示される気泡塔を構成するボックス本体
を示す斜視図である。

【図３】図２に示されるボックス本体を構成する異種の
エレメントの１つを示す斜視図である。

【図４】図２に示されるボックス本体を構成する異種の
エレメントの他の１つを示す斜視図である。

【図５】２つのエレメントを接続して構成されたボック
ス本体における流動体の断面形状の変化態様をモデル図
的に示す工程図である。

【図６】図１に示される気泡塔を汚水処理槽内に設置し
た汚水処理プラントの主要部を概略的に示す構成説明図
である。

【図７】本発明の実施形態２に係る、気泡塔を用いたリ
アクター装置の基本的な構成を示す概略的な構成説明図
である。

【図８】本発明の実施形態３に係る、気泡塔を用いたリ
アクター装置の基本的な構成を示す概略的な構成説明図
である。

【図９】本発明の実施形態４に係る気泡塔を構成する、
複数の変形通路を備える２種のエレメントから構成され
るボックス本体を示す斜視図である。

【図１０】図９に示される実施形態４におけるボックス
本体を構成する１つのエレメントの構成を示す正面図で
ある。

【図１１】図９及び図１０に示されるボックス本体にお
けるエレメントの入口側端部を示す正面図である。

【図１２】図９及び図１０に示されるボックス本体にお
けるエレメントの中間部を示す正面図である。

【図１３】図９及び図１０に示されるボックス本体にお
けるエレメントの出口側端部を示す正面図である。

【図１４】本発明の実施形態４である、気泡塔を用いた
リアクター装置をＰＣＢ処理に伴うプラントに適用した
場合の概略的構成を示す構成説明図である。

【図１５】本発明の実施形態であるバイオリアクターで
のジベンゾフラン微生物分解特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１気泡塔２ボックス本体３下部の開放部４上部の開放部５気体分散器６変形通路６ａ変形通路の入口部６ｂ変形通路の出口部７変形通路７ａ変形通路の入口部７ｂ変形通路の出口部８合流分割手段９汚水１０エレメント１０Ａ一方のエレメント１０Ｂ他方のエレメント１１仕切り壁１２仕切り壁１３処理槽１４圧縮気体供給装置２０気泡塔を用いたリアクター装置２１反応部２２上空洞部２３貯溜部２４循環通路２５外筒２６空隙部２７外筒２８空隙部２９温度調節装置３０ａ導入管３０ｂ排出管３１中間筒３２外筒３３空隙部３４供給口１００エレメント１０１Ａ、１０１Ｂエレメント１０２、１０３変形通路１０４、１０５、１０８、１０９仕切り壁１０２ａ、１０３ａエレメント１０１Ａにおける入口
部１０２ｂ、１０３ｂエレメント１０１Ａにおける出口
部１０６、１０７変形通路１０６ａ、１０７ａエレメント１０１Ｂにおける入口
部１０６ｂ、１０７ｂエレメント１０１Ｂにおける出口
部２００複数の変形通路２０１混合タンク２０２紫外線照射装置２０３蒸留容器２０４第１バイオリアクター２０５第２バイオリアクター２０６脱塩塔２０７冷却装置２０８デミスター２０９気泡放出口２１０循環通路２１１温度調節装置２１２、２１３抜き出し口２１４固形生石灰２１５冷却装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動性のある被処理物が収容された槽内
に設置され、被処理物を攪拌し、被処理物に溶解させ、
又は被処理物に反応を起こさせる気泡塔であって、上部
と下部が開放し、流通方向における断面形状が漸次変化
する塔状の変形通路を備えるボックス本体と、このボッ
クス本体の下部に配置された気体分散手段とを備え、前
記気体分散手段から気体を気泡状にして供給することで
無数の気泡と共に前記被処理物を前記ボックス本体の前
記変形通路内を上方へ流通させることを特徴とする気泡
塔。
【請求項２】前記変形通路は、上下直列に接続される
複数個のエレメントで構成され、それら各エレメントは
一端に入口部を他端に出口部を備え、前記変形通路は前
記入口部から前記出口部に至る間にその断面形状が漸次
変化することを特徴とする請求項１に記載の気泡塔。
【請求項３】前記各エレメントには前記変形通路が複
数形成され、前記各エレメントの一端には前記複数の変
形通路の各入口部が整列配置され、また前記各エレメン
トの他端には前記入口部の配列パターンとは異なる別の
配列パターンで前記変形通路の各出口部が形成され、こ
れにより前記各エレメントの接続部に、前記各変形通路
を流通する被処理物の分割と合流を起こさせる分割合流
手段が形成され、前記各変形通路の各入口部から各出口
部に至る間にその断面形状が漸次変化することを特徴と
する請求項２記載の気泡塔。
【請求項４】前記複数の変形通路の少なくとも一つ
は、その通路長手方向に向かうに従い断面積も変化する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気泡
塔。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の気泡塔
を備えた搭状の反応部と、その反応部の上部に設けら
れ、前記被処理物である反応物の体積膨張に備える上空
洞部と、その反応部の下部に設けられ、前記反応物を一
時貯留する貯溜部と、その上空洞部から前記貯溜部へと
接続され、前記反応物を循環させる循環通路とを備え、
前記気泡塔で気体を気泡状に供給することにより、前記
反応物の循環流を形成して前記反応部を通過させ、連続
的に撹拌して反応を促進させる、気泡塔を用いたリアク
ター装置。
【請求項６】前記循環通路に、その通路内を流通する
前記反応物に対して撹拌及び反応を促進させる前記変形
通路を設けたことを特徴とする請求項５に記載の気泡塔
を用いたリアクター装置。
【請求項７】前記反応部又は前記循環通路内の複数の
変形通路の少なくとも一方に、その通路内を流れる前記
反応物に対し、その温度を反応に適した温度に調節する
温度調整装置を設けたことを特徴とする請求項５又は６
に記載の気泡塔を用いたリアクター装置。
【請求項８】前記温度調整装置が、前記複数の変形通
路を形成するエレメントの外壁に設けられる面状発熱体
で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の気
泡塔を用いたリアクター装置。
【請求項９】前記温度調整装置として、前記複数の変
形通路を形成するエレメント自体を面状発熱体で形成し
たことを特徴とする請求項６に記載の気泡塔を用いたリ
アクター装置。
【請求項１０】前記上空洞部に、反応後の反応物を装
置外部へと取り出す抜き出し口を設け、その抜き出し口
に反応後の処理物のみを装置外へと濾し出す限外濾過膜
を設けたことを特徴とする、請求項５〜９のいずれかに
記載の気泡塔を用いたリアクター装置。
【請求項１１】前記反応物は、微生物を接種した培地
溶液と有機塩素化合物、及び無菌空気からなることを特
徴とする、請求項５〜１０のいずれかに記載の気泡塔を
用いたリアクター装置。
【請求項１２】前記反応物は、６０℃以上で活性を呈
する好熱性微生物を接種し、活性発揮温度にある培地溶
液と、主としてベンゼン環をもつ有機化合物及び空気か
らなることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記
載の気泡塔を用いたリアクター装置。