JP2550285B2 - Air lift type reactor - Google Patents

Air lift type reactor

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JP2550285B2
JP2550285B2 JP5289615A JP28961593A JP2550285B2 JP 2550285 B2 JP2550285 B2 JP 2550285B2 JP 5289615 A JP5289615 A JP 5289615A JP 28961593 A JP28961593 A JP 28961593A JP 2550285 B2 JP2550285 B2 JP 2550285B2
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air
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繁昌 竹原
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、好気性微生物の培養
槽や好気性廃水処理槽に使用されるエアリフト型リアク
タに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an airlift type reactor used in a culture tank for aerobic microorganisms and an aerobic wastewater treatment tank.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のバイオテクノロジの進歩に伴い、
微生物の培養等を行う微生物反応用や、微生物の関与に
より廃水の処理を行う廃水処理用等のバイオリアクタの
開発が盛んになっている。
2. Description of the Related Art With recent advances in biotechnology,
Development of bioreactors for microbial reactions such as culturing of microorganisms and wastewater treatment for treating wastewater due to the involvement of microorganisms has become active.

【0003】このようなバイオリアクタは、酸素要求性
を基準にして好気性微生物用と嫌気性微生物用とに大別
されるが、このうち好気性微生物用バイオリアクタにつ
いては、好気性微生物の呼吸や基質の微生物的酸化に必
要な酸素の十分な供給を確保する必要がある。
Such bioreactors are roughly classified into those for aerobic microorganisms and those for anaerobic microorganisms on the basis of oxygen requirement. Among them, the bioreactor for aerobic microorganisms is the respiration of aerobic microorganisms. It is necessary to ensure an adequate supply of oxygen necessary for the microbial oxidation of the substrate and.

【0004】この様な好気性微生物用バイオリアクタに
は、従来から、エアリフト型リアクタ(気泡塔型反応
槽)が多く使用されている。このエアリフト型リアクタ
は、反応槽の底部に空気を吹き込んで曝気することによ
り、微生物と酸素の反応を促進するものである。
As such a bioreactor for aerobic microorganisms, an air lift type reactor (bubble column type reaction tank) has been widely used conventionally. This air-lift type reactor blows air into the bottom of a reaction tank to aerate it to promote the reaction between microorganisms and oxygen.

【0005】しかしながら、このエアリフト型リアクタ
は、反応槽が比較的小型の場合には、反応槽の底部に供
給された空気が比較的均一に上昇して均一な微生物との
反応を行うことが出来るが、反応槽が500l以上の大
型のものになると、次のような問題が生じる。
However, in the air-lift type reactor, when the reaction tank is relatively small, the air supplied to the bottom of the reaction tank rises relatively uniformly and can react uniformly with microorganisms. However, if the reaction tank becomes large in size of 500 l or more, the following problems occur.

【0006】すなわち、反応槽が大型の場合は、槽内を
上昇する空気の上昇速度が時間的にも空間的にも不均一
になって、上昇流れに所謂揺らぎ(乱れ)が生じる。こ
のため、反応槽内に供給されても微生物と反応しないで
そのまま大気に放出される酸素の割合が大きく、効率が
悪くなり、OTR(酸素移動係数)の値が低くなる。
That is, when the reaction tank is large, the rising speed of the air rising in the tank becomes non-uniform both temporally and spatially, and so-called fluctuations (turbulence) occur in the rising flow. For this reason, even if the oxygen is supplied into the reaction tank, it does not react with the microorganisms and a large proportion of oxygen is released to the atmosphere as it is, resulting in poor efficiency and a low OTR (oxygen transfer coefficient).

【0007】上記のようなOTRの低下を防止するため
の反応槽としては、従来、図5に示すような、反応槽1
A内にドラフトチューブ1Bを内装し、このドラフトチ
ューブ1Bに多孔板1C,1Cを設けたエアリフト型リ
アクタがある。
As a reaction tank for preventing the above-mentioned decrease in OTR, there is a conventional reaction tank 1 as shown in FIG.
There is an air-lift type reactor in which a draft tube 1B is installed in A, and perforated plates 1C and 1C are provided in this draft tube 1B.

【0008】このドラフトチューブ付きエアリフト型リ
アクタは、反応槽1Aの底部に供給される空気がドラフ
トチューブ1B内を上昇して反応液とともに上昇気液混
合流を作り、さらに、ドラフトチューブ1Bの上方で気
泡と分離した反応液がドラフトチューブ1Bの外壁と反
応槽1Aの内壁との間を下降することによって循環流を
作り、これによって微生物との反応を促進する。このと
き、ドラフトチューブ1B内を上昇する空気は、チュー
ブの途中に設けられた多孔板1C,1Cによって分散さ
れることにより、時間的にも空間的にも均一化される。
In this air-lift type reactor with a draft tube, the air supplied to the bottom of the reaction tank 1A rises in the draft tube 1B to form an ascending gas-liquid mixed flow together with the reaction liquid, and further above the draft tube 1B. The reaction liquid separated from the bubbles descends between the outer wall of the draft tube 1B and the inner wall of the reaction tank 1A to create a circulating flow, thereby promoting the reaction with the microorganisms. At this time, the air that rises in the draft tube 1B is dispersed by the perforated plates 1C and 1C provided in the middle of the tube, so that it is made uniform both in terms of time and space.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような多孔板1C,1Cを備えたドラフトチューブ付き
エアリフト型リアクタは、多孔板を備えていないエアリ
フト型リアクタに比べてOTRの値は大きくなるが、多
孔板1C,1Cによって流体抵抗が増すため、反応槽1
Aにおける反応液の循環回数が著しく減少してしまう。
このため、外部ジャケット等で反応液を冷却する必要が
ある場合には、伝熱係数が落ち冷却能力を低下させるの
みならず、反応槽1A内の温度分布に偏りを生じてしま
う。また、多孔板1C,1Cの上下で菌体濃度に差が出
易く、微生物と酸素との均一な反応が難しい。これらの
傾向は、OTRを大きくするために多孔板を多段にした
場合に、特に著しい。
However, the air lift type reactor with a draft tube provided with the perforated plates 1C, 1C as described above has a larger OTR value than the air lift type reactor not provided with the perforated plate. Since the perforated plates 1C, 1C increase the fluid resistance, the reaction tank 1
The number of circulations of the reaction solution in A is significantly reduced.
For this reason, when it is necessary to cool the reaction liquid with an external jacket or the like, not only the heat transfer coefficient is lowered, but the cooling capacity is lowered, and the temperature distribution in the reaction tank 1A becomes uneven. Further, a difference in bacterial cell concentration easily occurs between the upper and lower sides of the perforated plates 1C, 1C, and it is difficult to uniformly react the microorganisms with oxygen. These tendencies are particularly remarkable when the perforated plate is formed in multiple stages to increase the OTR.

【0010】この発明は、上記のような従来のエアリフ
ト型リアクタの有していた問題点を解決するために為さ
れたものである。すなわち、この発明は、OTRの値が
大きく、反応槽内での循環性にも優れ、しかも槽内での
温度分布や菌体濃度に偏りを生じる虞の無いエアリフト
型リアクタを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems that the conventional air lift type reactor has. That is, the object of the present invention is to provide an air-lift type reactor having a large OTR value, excellent circulatory property in a reaction tank, and having no possibility of uneven distribution of temperature or cell concentration in the tank. And

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、反応槽内にドラフトチューブを有し、
反応槽の底部に供給される空気によってドラフトチュー
ブ内を上昇する気液混合流を形成するエアリフト型リア
クタにおいて、ドラフトチューブ内に、軸線がドラフト
チューブの軸線と一致するように装着された螺旋状のガ
イド板を備えており、このガイド板が、ドラフトチュー
ブの軸線回りにおいて等角度間隔に配置された複数枚の
螺旋板によって構成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention has a draft tube in a reaction tank,
In an air-lift type reactor that forms a gas-liquid mixed flow that rises in a draft tube by the air supplied to the bottom of a reaction tank, a spiral tube installed in the draft tube so that its axis matches the axis of the draft tube. It is equipped with a guide plate, and this guide plate
Of multiple sheets arranged at equal angular intervals around the axis of the
It is characterized by being composed of a spiral plate .

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【作用】上記発明によるエアリフト型リアクタは、反応
槽の底部に供給される空気によってドラフトチューブ内
に生じる気液混合流が、螺旋状のガイド板によって案内
されて旋回しながらドラフトチューブ内を上昇してい
く。このように、螺旋状のガイド板によって、ドラフト
チューブ内における上昇気液混合流が旋回流になるた
め、上昇流に揺らぎが発生することがなく、またドラフ
トチューブの上部からの溢流についても、時間的な乱れ
を生じることがない。
In the air-lift type reactor according to the above-mentioned invention, the gas-liquid mixed flow generated in the draft tube by the air supplied to the bottom of the reaction tank is guided by the spiral guide plate and swirls up in the draft tube. To go. In this way, since the rising gas-liquid mixed flow in the draft tube becomes a swirl flow due to the spiral guide plate, fluctuations do not occur in the upflow, and also regarding overflow from the upper part of the draft tube, There is no time disturbance.

【0014】そして、ガイド板が、複数枚の螺旋板をド
ラフトチューブの軸回りに等角度間隔に配置して構成
れていることにより、反応槽内におけるガイド板と気液
混合流との接触面積が大きくなり、さらに旋回流形成の
ための誘導効果が増大される。
[0014] Then, the guide plate, is constituted by arranging at equal angular intervals a plurality of helical plate about the axis of the draft tube
By being the guide plate and the gas-liquid in the reaction vessel
The contact area with the mixed flow becomes large, and further swirl flow formation
The inductive effect for is increased.

【0015】[0015]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、この発明によるドラフトチューブ付き
のエアリフト型リアクタの一実施例を示しており、この
エアリフト型リアクタは反応槽10の内部にドラフトチ
ューブ11が内装され、また、反応槽10の底部からは
空気が供給されるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an air-lift type reactor with a draft tube according to the present invention. In this air-lift type reactor, a draft tube 11 is provided inside a reaction vessel 10, and the bottom of the reaction vessel 10 is Air is supplied.

【0016】ドラフトチューブ11には、螺旋状のガイ
ド板12が、その軸線をチューブ11の軸線と一致する
ように内嵌されている。このドラフトチューブ付きエア
リフト型リアクタは、反応槽10の底部に供給される空
気によってドラフトチューブ11内に生じる気液混合流
が、ガイド板12によって案内されて旋回しながらドラ
フトチューブ11内を上昇していく。
A spiral guide plate 12 is fitted in the draft tube 11 so that its axis coincides with the axis of the tube 11. In this airlift type reactor with a draft tube, a gas-liquid mixed flow generated in the draft tube 11 by the air supplied to the bottom of the reaction tank 10 is guided by the guide plate 12 and swirls to rise in the draft tube 11. Go.

【0017】従来のエアリフト型リアクタの内部におい
て上昇気液混合流に所謂揺らぎ(乱れ)が生じるのは、
水頭の大きい反応槽の底部に圧縮空気が直接送り込まれ
るためであるが、ドラフトチューブ11内にガイド板1
2を設けることによって、気液混合流が旋回しながら昇
っていくこととなるため、上昇流に揺らぎが発生するこ
とがなく、またドラフトチューブ11の上端部からの溢
流についても、時間的な乱れが生じる虞が少ない。これ
は、例えば、容器内の水を排水する場合に、排水口に渦
流を発生させるとその排水がスムースにいくのと同じ原
理である。
The so-called fluctuation (turbulence) occurs in the rising gas-liquid mixed flow inside the conventional air lift type reactor.
This is because the compressed air is directly sent to the bottom of the reaction tank having a large head, but the guide plate 1 is placed in the draft tube 11.
By providing 2, the gas-liquid mixed flow rises while swirling, so that fluctuation does not occur in the upward flow, and the overflow from the upper end of the draft tube 11 does not occur temporally. There is little risk of disturbance. This is the same principle as, for example, when draining the water in the container, if a vortex is generated at the drain port, the drainage goes smoothly.

【0018】螺旋状のガイド板12は、ドラフトチュー
ブ11内の気液混合流との接触面積が大きい程旋回流形
成のための誘導効果が大きく、また半径が大きい程運動
モーメントが大きくなるため、その誘導効果が増す。
The larger the contact area of the spiral guide plate 12 with the gas-liquid mixed flow in the draft tube 11, the greater the guiding effect for forming the swirling flow, and the larger the radius, the greater the motion moment. The induction effect is increased.

【0019】ドラフトチューブ11内に設けられるガイ
ド板は、図2および図3に示されるように、1条の螺旋
板12Aまたは12Bにより構成することも考えられる
が、図1の実施例においては、ガイド板12が、ドラフ
トチューブ11の軸線回りにおいて等角度間隔に配置さ
れた3条の螺旋板12a,12b,12cによって構成
されている。
The guide provided in the draft tube 11 plate, as shown in FIGS. 2 and 3, <br/> also conceivable to configure a 1 Article spiral plate 12A or 12B is, the implementation of FIG 1 In the example, the guide plate 12 is composed of three spiral plates 12a, 12b, 12c arranged at equal angular intervals around the axis of the draft tube 11.

【0020】このように螺旋板の数を増やすのは、気液
混合流との接触面積を大きくするためと、各螺旋板のピ
ッチpを大きくとることによって流れの循環回数が減少
するのを防止するためである。
The reason for increasing the number of spiral plates in this way is to increase the contact area with the gas-liquid mixed flow, and to prevent the number of circulation of the flow from decreasing by increasing the pitch p of each spiral plate. This is because

【0021】すなわち、図1のようにガイド板12を
の螺旋板12a,12b,12cによって構成した場
には、図2のようにガイド板を1条の螺旋板12A
よって構成してそのピッチを図1の各螺旋板と同じピッ
チpにした場合および図3のようにガイド板を1条の螺
旋板12Bによって構成してそのピッチp’を図1の螺
旋板のピッチの3分の1(p’=p/3)にした場合と
それぞれ比較すると、リアクタ内におけるそれぞれの流
れの循環回数は、図1の場合と図2の場合については同
じであるが、図3の場合には図1および図2の場合の約
3分1であった。そして、旋回流への誘導性については
図1の場合が最も大きく、次いで図3,図2の順とな
り、これに伴ってOTRも図1の場合が最も大きく,次
いで図3,図2の順で大きくなる。
[0021] That is, the guide plate 12 as shown in FIG. 1 3
Spiral plate 12a, 12b, when constituted by 12c are Like, if the pitch were the same pitch p as each spiral plate 1 constituted by 1 Article spiral plate 12A of the guide plate as shown in FIG. 2 And a case where the guide plate is configured by one spiral plate 12B as shown in FIG. 3 and its pitch p ′ is set to one third (p ′ = p / 3) of the pitch of the spiral plate of FIG.
Comparing each, each flow in the reactor
The number of cycles is the same in the case of FIG. 1 and the case of FIG.
However, in the case of FIG. 3, about the case of FIG. 1 and FIG.
It was 1 in 3 minutes. And regarding the inductive property to the swirling flow,
The case of FIG. 1 is the largest, followed by the order of FIGS.
As a result, the OTR in Fig. 1 is the largest, and
Then, it becomes larger in the order of FIG. 3 and FIG.

【0022】ガイド板12は、ドラフトチューブ11の
全長lに亘って設けるようにしても良いが、ドラフトチ
ューブ11内の上昇流を旋回流にするように誘導するた
めには、螺旋板がn条設けられている場合には少なくと
も1/nピッチ以上、すなわち上記実施例のように螺旋
板が3条設けられている場合には1/3ピッチ以上あれ
良い。
The guide plate 12 may be provided over the entire length 1 of the draft tube 11. However, in order to guide the ascending flow in the draft tube 11 into a swirl flow, the spiral plate has n strips. At least if provided
Is more than 1 / n pitch, that is, spiral as in the above embodiment
When three plates are provided, the pitch may be 1/3 pitch or more .

【0023】ガイド板12を構成する各螺旋板12a,
12b,12cのピッチpは、このピッチ角度をθ,ド
ラフトチューブ11の直径をDとすると、 tan(p/πD) =tan θ の式において、5°≦θ≦30°となるように設定する
のが好ましい。
Each spiral plate 12a constituting the guide plate 12,
The pitch p of 12b and 12c is set so that 5 ° ≦ θ ≦ 30 ° in the equation of tan (p / πD) = tan θ, where θ is the pitch angle and D is the diameter of the draft tube 11. Is preferred.

【0024】また、ガイド板12は、ドラフトチューブ
11の横断面を全て覆うように設けても良いが、ドラフ
トチューブ11の直径Dに対して1/10・D〜2/1
0・Dの幅を有する螺旋板によって構成すれば、十分に
旋回流を形成することが出来る。
The guide plate 12 may be provided so as to cover the entire cross section of the draft tube 11, but the diameter D of the draft tube 11 is 1/10 · D to 2/1.
If the spiral plate having a width of 0 · D is used, a swirling flow can be sufficiently formed.

【0025】ガイド板12がそれぞれ3分の1ピッチの
長さを有する三条の螺旋板から構成されており、それぞ
れの寸法が図4のように設定されているエアリフト型リ
アクタについて、酸素移動条件を液量(1.0m3 ),
通気量10(Nm3 /min)とした場合のOTRを測
定すると、ドラフトチューブ11内のOTRが8.42
(kgO2 /m3 H),ドラフトチューブ11外のOT
Rが8.24(kgO 2 /m3 H)となった。なお、図
4中、Lは見掛けの液位である。
The guide plates 12 each have a one-third pitch.
It is made up of three lengths of spiral plate, each one
Air-lift type relievers whose dimensions are set as shown in Fig. 4.
Regarding the actor, the oxygen transfer condition is set to the liquid amount (1.0 m3),
Air flow rate 10 (Nm3/ Min) and measure OTR
When determined, the OTR in the draft tube 11 is 8.42.
(KgO2/ M3H), OT outside the draft tube 11
R is 8.24 (kgO 2/ M3H). The figure
In 4, L is an apparent liquid level.

【0026】上記結果を、ガイド板が設けられていない
同一寸法のエアリフト型リアクタにおける測定結果と比
較すると、ガイド板が設けられていないエアリフト型リ
アクタでは、ドラフトチューブ内のOTRが6.46
(kgO2 /m3 H),ドラフトチューブ外のOTRが
6.69(kgO2 /m3 H)となり、両者の比をとる
と、8.24/6.69〜8.42/6.46=1.2
3〜1.303となって、ガイド板を設けたエアリフト
型リアクタはガイド板を設けていないエアリフト型リア
クタに対して、酸素の利用効率が20〜30%上昇する
ことが分かる。
Comparing the above result with the measurement result in the air-lift type reactor having the same size without the guide plate, the OTR in the draft tube is 6.46 in the air-lift type reactor without the guide plate.
(KgO 2 / m 3 H), the OTR outside the draft tube was 6.69 (kgO 2 / m 3 H), and the ratio of both was 8.24 / 6.69 to 8.42 / 6.46. = 1.2
3 to 1.303, it can be seen that the air-lift reactor provided with the guide plate has an oxygen utilization efficiency of 20 to 30% higher than that of the air-lift reactor not provided with the guide plate.

【0027】なお、図1の実施例においては、ガイド板
12を構成する螺旋板を三枚にしたが、これに限られる
ものではなく2枚以上の任意の数枚の螺旋板によって構
成することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the number of spiral plates constituting the guide plate 12 is three, but the number of spiral plates is not limited to three, and any number of spiral plates of two or more may be used. You can

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、エア
リフト型リアクタ内における上昇気液混合流に所謂揺ら
ぎが生じるのを防止することが出来、これによって酸素
移動係数を大きくして酸素の利用効率を高めることがで
きるとともに、槽内において温度分布や菌体濃度に偏り
が生じる虞が無い。そして、螺旋板をドラフトチューブ
の軸線回りに複数枚配置するようにしたことによって、
ガイド板と気液混合流との接触面積が大きくなり酸素移
動係数をさらに大きくすることができるとともに、ガイ
ド板を1枚の螺旋板によって構成する場合に比べて、旋
回流形成のための誘導効果を上げるために螺旋板のピッ
チを小さくする必要がないため、リアクタ内における流
れの循環回数を増加させることができる。
As described above, according to the present invention, so-called fluctuation can be prevented from occurring in the rising gas-liquid mixed flow in the air lift type reactor, whereby the oxygen transfer coefficient can be increased and the oxygen transfer coefficient can be increased. it is possible to increase the utilization efficiency, a possibility that bias in the temperature distribution and cell concentration occurs not continuously in the bath. And the spiral plate is the draft tube
By arranging multiple sheets around the axis of,
The contact area between the guide plate and the gas-liquid mixed flow increases, and the oxygen transfer
The coefficient of motion can be further increased and
Compared to the case where the spiral plate is composed of one spiral plate,
The pitch of the spiral plate is increased in order to increase the guiding effect for the flow formation.
The flow inside the reactor is
The number of circulations can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】1条のガイド板をピッチpで取り付けた場合の
を示す斜視図である。
[Fig. 2] When a single guide plate is attached at a pitch p
It is a perspective view which shows an example .

【図3】1条のガイド板をピッチp/3で取り付けた場
合の例を示す斜視図である。
[Fig. 3] When a single guide plate is attached at a pitch p / 3
It is a perspective view which shows the example of a case .

【図4】この発明によるエアリフト型リアクタの各寸法
を示す寸法図である。
FIG. 4 is a dimensional diagram showing each dimension of the airlift reactor according to the present invention.

【図5】エアリフト型リアクタの従来例を示す概略図で
ある。
FIG. 5 is a schematic view showing a conventional example of an air lift type reactor.

【符号の簡単な説明】[Brief description of reference numerals]

10…反応槽 11…ドラフトチューブ12 …ガイド板 12a,12b,12c…螺旋板 p …ピッチ10 ... Reaction tank 11 ... Draft tube 12 ... Guide plate 12a, 12b, 12c ... Spiral plate p ... Pitch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−206989(JP,A) 特開 平2−46279(JP,A) 特開 平3−272678(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-1-206989 (JP, A) JP-A-2-46279 (JP, A) JP-A-3-272678 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反応槽内にドラフトチューブを有し、反
応槽の底部に供給される空気によってドラフトチューブ
内を上昇する気液混合流を形成するエアリフト型リアク
タにおいて、 前記ドラフトチューブ内に、軸線がドラフトチューブの
軸線と一致するように装着された螺旋状のガイド板を備
えており、このガイド板が、ドラフトチューブの軸線回
りにおいて等角度間隔に配置された複数枚の螺旋板によ
って構成されていることを特徴とするエアリフト型リア
クタ。
1. An air-lift type reactor having a draft tube in a reaction tank and forming a gas-liquid mixed flow rising in the draft tube by air supplied to the bottom of the reaction tank, wherein an axis line is formed in the draft tube. Is equipped with a spiral guide plate mounted so as to match the axis of the draft tube.
The multiple spiral plates arranged at equal angular intervals in
An air-lift type reactor characterized by being configured as follows .
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