JPH012567A

JPH012567A - 生物反応装置

Info

Publication number: JPH012567A
Application number: JP62-155168A
Authority: JP
Inventors: 沢田　繁樹
Original assignee: 栗田工業株式会社
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1989-01-06
Anticipated expiration: 2010-10-04

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］本発明は生物反応装置に係り、特に生物反応槽と、膜分
離装置を一体化した生物反応装置において、膜面の汚染
を抑制し、高透過速度及び省エネルギーを達成する、改
良された生物反応装置に関するものである。

［従来の技術及び先行技術］生物処理装置と膜分離装置とを組み合わせた生物反応装
置が廃水処理装置の分野などにおいて用いられている０
例えば、生物処理装置からの生物処理液を膜分離処理し
、この濃縮液を生物処理装置に返送するようにしたもの
が、また生物処理後の処理液を膜分離し、処理水の水質
向上を図るようにしたものが用いられている。

このような膜分離手段と生物反応手段とを組み合わせた
装置によれば、菌体を確実に分離し、反応槽内の菌体濃
度を高めて、単位反応槽容積あたりの生産処理効率を高
めることができ、高度な廃水処理等の生物処理を行なえ
る。

しかしながら、上記従来の生物反応手段と膜分離手段と
を組み合わせた反応装置は、生物反応槽と膜分離装置と
が別体に設けられているので、原液を生物処理手段に送
給する手段及び膜分離用動力装置を別途に設けることが
必要であり、動力コストが嵩む゛と共に、装置全体の構
成が大型化され、コンパクト化にも限界があった。

本出願人は、このような問題を解決するものとして、密
閉式の生物反応槽体内に分離膜を装入設置すると共に、
この分離膜透過液を槽体外への取出可能とし、槽体内の
圧力を利用して液の膜透過を行わせるよう構成した生物
反応装置（特開昭６１−２４９５９９゜以下、「先願Ｉ
」という。）及び、流動層型反応装置の槽体内の流動層
形成部の下方に分離膜を設置すると共に、流動層処理水
を槽体の上部から取り出して槽体下部へ循環して膜透過
液を生産水として槽体外へ取り出すようにした生物反応
装置（特願昭６１−２６５２号。以下、「先願ＩＩ　Ｊ
という。）を提案した。上記先願Ｉ及び！■によれば、
槽体内に分離膜が設置されているので、膜分離用動力装
置を別途に設けることが不要で、しかも装置全体のコン
パクト化を図ることが可能とされる。

しかして、本出願人は、更に、上記先願■及び先願ＩＩ
に基き、鋭意検討を重ねた結果、槽体内に分離膜を、上
下方向にかつこの分離膜の透過液を槽体外へ取出可能に
設けると共に、該槽体内の分離膜の下方にガスの吹込手
段を設け、生物反応装置内にガスを吹き込むことにより
膜面流速を大きくし、高い透過液量を維持するよう構成
した生物反応装置を提案した（特願昭６１−２３４７２
号、以下、「先願■！！」という。）先願ｎｔの装置では、吹き込まれたガスが膜面に沿って
上昇することにより膜面流速が高められ、高透過液量が
維持される。しかも、ガスの気泡や液流が分Ｓａ面に接
触することにより、膜面の濃度分極やゲル層の形成を抑
制し、より高い透過液量を維持することがで診るという
効果も奏される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、先願ＩＩＩの装置においても、水量負荷
を高めると、膜分離部の容積を大きくする必要があるな
どの欠点があった。

［問題点を解決するための手段］本発明の生物反応実装置は、槽体内で微生物担体を用い
て生物反応を行う流動床型生物反応装置において、該槽
体内に分離膜を、上下方向にかつこの分ａｍの透過液を
槽体外へ取出可能に設けると共に、該槽体内の分１１１
１８の下方に液の吹込手段を設けたことを特徴とするも
のである。

即ち、本発明者らは、前記先願Ｉ〜ｍ、特に先願ＩＩＩ
に基き、分離膜の膜面の汚染をより効果的に防止し、こ
れにより、透過速度の向上、省エネルギー化を図る方法
について検討した結果、生物反応装置内に液を吹き込む
と反応槽内に流動層が形成され、流動担体が絶えず膜面
に衝突し、膜汚染を有効に防止することを知見し、本発
明を完成させた。

［作用］本発明においては、槽体内に液を吹き込むことにより、
反応槽内に流動層が形成され、流動担体は絶えず分離膜
の膜面に衝突するようになる。このため膜面への濃度分
極やゲル層の形成を抑制し、菌体ケーキ層を剥離させ、
膜面のケーキ層を薄く維持することができる。このよう
に、透過速度を律速する膜面の汚染量が少なく維持され
るため、高い透過速度を確保することができる。また、
槽体内に分離膜が装入設置されているので、上記先願１
１！！、ＩＩＩと同様に、膜分離用動力装置を別途に設
ける必要がなく装置全体のコンパクト化を図ることが可
能である。

ところで、膜面に沿って流れる原水（原液）の流速（膜
面流速）を高めることにより、透過液量を高い水準に維
持で診ることは、種々の研究の結果、経験的に知見され
ていることである。本発明の装置では、液の吹き込みに
よって、膜面流速も高められ、これにより、高透過液量
が得られるとい゛う効果も奏される。

［実施例］以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る生物反応装置の縦断面図
である。第１図は本発明の装置をメタン発酵に適用した
例を示す。

１は反応装置の槽体であって、気密な耐圧容器である。

この槽体１の上部には循環水取出し口２が設けられ、取
り出された循環水は循環用配管３を経て循環ポンプＰ＋
により槽体１の下部に導入管４より導入される。また、
この導入管４には、原水ポンプＰ２を有する原水の導入
管５が接続されている。

導入管４は槽体１内の底部に延出している。延出部６の
先端６ａは封じられ、延出部の管の下側には複数の吹出
しノズル７が設けられており、循環水及び／又は原水が
槽体１の底部より吹出しノズル７から下向きに噴出され
るように構成されている。なお、８は反応により発生し
たガスを抜き出すためのガス抜管である。

槽体１の内部には、微生物担体９が入れられており、ま
た、分離膜１０（本例においては外圧型中空系膜）を複
数本束ねたエレメント１１が上下方向（本例においては
鉛直方向）となるように、配設されている。膜１０は、
その上部及び下部、更に必要に応じて中間点の適当な位
置に設置した支持具１２により固定されている。

この分ｍ膜１０は、反応層中間部に設けるのが好ましく
、通常は、第１図に示す如く、有効膜部の最上限が、少
なくとも流動担体９が流動時に展開している高さ（第１
図のＡ）以下となるように設定する。なお、この展開高
さＡは、槽体１の底部から導入される液の流速によって
決定される。

膜エレメント１１の上方、下方のいずれか一方（本例に
おいては下方）には、膜透過液を集水するパイプ（図示
せず）と連通ずる排出管１３が設けられ、透過液を処理
水として槽体１外へ排出できるように構成されている。

本実施例で用いた分離膜１０は、中空糸型で、中空糸の
外側に濾過面を有するものであって、膜の外径は０．５
〜２．０ｍｍの範囲のものである。

また、微生物担体９としては、ゼオライト、砂等を用い
ることができ、０．１〜２．０ｍｍの粒径範囲のものが
適当である。

このように構成された実施例装置において、導入管５か
らポンプＰ２により槽体１内に導入された原液は、槽体
１内に存在している微生物によって生物的な反応を受け
る。低分子化した生成物は、ポンプＰＩの作動により取
り出し口２から抜き出され、配管３．４を経て吹き出し
ノズル７より吹き出される液流に押漬されて分離１Ｉ１
９に到る。そして、分離膜９を透過して、透過水は排出
管１３を経て槽体１外に処理水として取り出される。

導入された原液に含まれる高分子成分のうち十分な生物
処理を受けなかったものは、分１１１１ｉ９を透過せず
に槽体１内を上昇して、再び下降し、槽体１の底部に戻
される。そして、この途中において、あるいはその後の
循環の途中において生物的な処理を受け、低分子化した
生成物は、前述の如く分離膜６を透過し、排出管１３よ
り槽体１外に取り出される。

また、原水の生物処理液の一部は、取出し口２より取出
されて、配管３を経て循環され、ポンプＰ１により配管
４、吹出しノズル７で槽体１底部より噴出される。

この生物反応に伴ってメタン等のガスが発生するが、発
生したガスはガス抜管８から槽体１外に排出される。

上記のように、本実施例装置においては、槽体１内に分
＠ｇｉｏが装入され、槽体１内に原水を送給するための
ポンプ圧を利用して液の分離膜透過が図れるので、従来
の膜分離装置のような加圧供給機構（動力装置）を別途
に設置する必要はなく、装置構成の簡易化及びコンパク
ト化を図ることができる。

本発明装置では吹出しノズル７から噴出された循環液が
分離膜１０に沿って上昇するのであるが、この循環液の
上昇に伴流されて該膜１０の膜面に沿う原水流速（ＷＡ
面流速）が高められ、これによって高い透過水量が維持
されるようになる。

また、循環液流により、担体９は流動状態となり、絶え
ず分離膜１０の膜面に衝突するため、膜面に付着したゲ
ル層やケーキ層が機械的に剥離されて除去される。また
、この液流及びそれによる担体の流動により、分離膜面
の液濃度分極も妨げられ均一化される。そのため、本発
明装置では、著しく高い濾過効率及び高い透過水量が長
期間維持されるようになる。

上記実施例では膜分離に要する圧力は、槽体１内の水深
分に相当する圧力を利用しているが、水圧だけでなく、
透過水を真空ポンプで吸引するなどして、透過側に負の
圧力をかけて、高い透過水圧を得るようにしても良い。

本発明において、分離膜の形態としては、中空糸膜、キ
ャピラリー膜、又はチェーブラー膜等が好適である。こ
のような中空系型膜であれば、単位反応槽あたりの膜表
面積を反応槽の有効容積を減少させないで高めることが
できる。

この分１１１１ｉの種類としては、逆浸透膜、限外濾過
膜、精密濾過膜等、特に限定されることなく各種のもの
を用いることができ、反応の種類に応じて選定される０
例えば廃水処理に用いる場合には、孔径０．５〜０．０
５μｍ程度の精密濾過膜を、また高度な廃水処理を行な
う場合には分画分子量が２００００００〜１０００程度
の限外濾過膜を用いることができる。また有機酸発酵や
アルコール発酵等を行なう場合は、生成した有機酸、ア
ルコールが透過する特性の精密濾過膜、限外濾過膜を用
いることができる。

本発明の装置は、嫌気性処理の他、好気性処理や発酵処
理を行うにも好適である。

［発明の効果］以上の通り、本発明の生物反応装置においては、反応槽
体内に分離膜が組み込まれ、槽体内の原液供給圧力を利
用して分離膜の透過が図られているものにおいても膜面
の濃度分極やゲル層の形成が抑制される。しかも、膜面
流速が増大され透過液量が高水準に維持され、極めて高
効率の膜分離処理が行なわれる。このため、水量負荷を
高めた場合でも、膜分離部の容積を大きくする必要が殆
どない。

加えて、本発明装置は膜分離と生物反応とを複合させる
ものであるから高度な生物反応を行なわせることができ
、しかも装置全体の構成が極めてコンパクトであり、且
つ膜透過用の動力装置を別途に設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置の縦断面図である。１・・・槽体、　　　　　２・・・循環水取出し口、７
・・・吹き出しノズル、９・・・担体、　　　　１０・・・分離膜。代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims

【特許請求の範囲】

（１）槽体内で微生物担体を用いて生物反応を行う流動
床型生物反応装置において、該槽体内に分離膜を、上下
方向にかつこの分離膜の透過液を槽体外へ取出可能に設
けると共に、該槽体内の分離膜の下方に液の吹込手段を
設けたことを特徴とする生物反応装置。
（２）分離膜は中空糸膜、キャピラリー膜又はチェーブ
ラー膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の生物反応装置。
（３）前記液は、槽体上部より抜き出して再循環させた
循環液及び／又は原水であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の生物反応装置。