JPH02284694A - 散水濾床型バイオリアクター及びこれを用いたエタノール醗酵法 - Google Patents
散水濾床型バイオリアクター及びこれを用いたエタノール醗酵法Info
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- JPH02284694A JPH02284694A JP1106890A JP10689089A JPH02284694A JP H02284694 A JPH02284694 A JP H02284694A JP 1106890 A JP1106890 A JP 1106890A JP 10689089 A JP10689089 A JP 10689089A JP H02284694 A JPH02284694 A JP H02284694A
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Classifications
-
- 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
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
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。
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）
本発明はグルコース等の基質を微生物に作用させて効率
よく有用物質を生成させるために使用される散水濾床型
バイオリアクターに関するものである。
よく有用物質を生成させるために使用される散水濾床型
バイオリアクターに関するものである。
（従来の技術）
＄１！ｉ等の基質を固定化微生物に作用させて有用物質
を生成させるバイオリアクターにおいては、リアクター
内に存在する固定化微生物の量が生産性を決定する重要
なファクターとなる。そこで従来から第５図に示される
ように、アルギン酸やに一カラギーナンのゲル中に微生
物をとじこめた固定化担体、あるいは多孔質セラミック
スにより形成されたハニカム状や粒状の固定化担体０■
をリアクター（ＩＱの液面下に浸漬したバイオリアクタ
ーが使用されている。
を生成させるバイオリアクターにおいては、リアクター
内に存在する固定化微生物の量が生産性を決定する重要
なファクターとなる。そこで従来から第５図に示される
ように、アルギン酸やに一カラギーナンのゲル中に微生
物をとじこめた固定化担体、あるいは多孔質セラミック
スにより形成されたハニカム状や粒状の固定化担体０■
をリアクター（ＩＱの液面下に浸漬したバイオリアクタ
ーが使用されている。
ところが、液面下に固定化担体を浸漬したバイオリアク
ターの場合、担体の充填密度を高くすると、即ち担体の
粒径を小さくしたり、ハニカムピッチを小さくすると、
醗酵液の偏流が生じて液の流れない部分で沈降する微生
物による閉塞が発生し、その部分がデッドスペースとな
って生産性の低下を招くことになる。また、逆に担体の
粒径を大キ＜シたり、ハニカムピッチを大きくすると、
有効表面積が小さくなって微生物固定化量が増加せず、
生産性はやはりさほど上昇しない、従ってこのような従
来の固定化担体００）を用いたバイオリアクターは、満
足できる生産性を得るに至っていない。
ターの場合、担体の充填密度を高くすると、即ち担体の
粒径を小さくしたり、ハニカムピッチを小さくすると、
醗酵液の偏流が生じて液の流れない部分で沈降する微生
物による閉塞が発生し、その部分がデッドスペースとな
って生産性の低下を招くことになる。また、逆に担体の
粒径を大キ＜シたり、ハニカムピッチを大きくすると、
有効表面積が小さくなって微生物固定化量が増加せず、
生産性はやはりさほど上昇しない、従ってこのような従
来の固定化担体００）を用いたバイオリアクターは、満
足できる生産性を得るに至っていない。
更に通性嫌気性菌を用いたバイオリアクター特に酵母菌
体によるエタノール醗酵装置は、リアクターの内部に酸
素を供給しなければ菌体の増殖が生じないかあるいは増
殖が遅いために生産性が次第に低下するものであるが、
多孔質セラミ・ンクスにより形成されたハニカム状や粒
状の固定化担体αΦをリアクター０１）の液流下に浸漬
したバイオリアクターにおいて、第５図に示したように
底部の散気板０力から曝気を行うと、ハニカムあるいは
担体粒子の間隙を流れる液流速が増加し、これにより固
定化担体００）の表面から菌体が剥離してしまうという
問題もあった。
体によるエタノール醗酵装置は、リアクターの内部に酸
素を供給しなければ菌体の増殖が生じないかあるいは増
殖が遅いために生産性が次第に低下するものであるが、
多孔質セラミ・ンクスにより形成されたハニカム状や粒
状の固定化担体αΦをリアクター０１）の液流下に浸漬
したバイオリアクターにおいて、第５図に示したように
底部の散気板０力から曝気を行うと、ハニカムあるいは
担体粒子の間隙を流れる液流速が増加し、これにより固
定化担体００）の表面から菌体が剥離してしまうという
問題もあった。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は上記したような従来の問題点を解決して、リア
クター内に多量の微生物を固定化することができ、これ
により大きい生産性を得ることができるとともに、微生
物に十分な酸素を与えてその増殖を促すことができるバ
イオリアクターを提供するために完成されたものである
。
クター内に多量の微生物を固定化することができ、これ
により大きい生産性を得ることができるとともに、微生
物に十分な酸素を与えてその増殖を促すことができるバ
イオリアクターを提供するために完成されたものである
。
（課題を解決するための手段）
上記の課題は、多孔質セラミックスを１．５〜２０閣の
粒径に破砕した粒状の酵母固定化用担体をリアクター内
にランダムバッキングして充填層とするとともに、この
微生物固定化用担体の充填層の上方にスプレーノズルを
設け、更にポンプによってリアクターの底部から吸い上
げた醗酵液をこのスプレーノズルから噴霧する循環ライ
ンを設けたことを特徴とする散水濾床型バイオリアクタ
ーによって達成することができる。
粒径に破砕した粒状の酵母固定化用担体をリアクター内
にランダムバッキングして充填層とするとともに、この
微生物固定化用担体の充填層の上方にスプレーノズルを
設け、更にポンプによってリアクターの底部から吸い上
げた醗酵液をこのスプレーノズルから噴霧する循環ライ
ンを設けたことを特徴とする散水濾床型バイオリアクタ
ーによって達成することができる。
（実施例）
次に本発明を酵母を用いたエタノール醗酵の実施例とと
もに更に詳細に説明する。
もに更に詳細に説明する。
第１図において、（１）は直径／担体充填高さの値が０
．１〜０．５程度の円筒状のりアクタ−１（２）はこの
リアクター（１）の内部に形成された酵母固定化用担体
の充填層である。本発明の充填層（２）は画体固定化能
力の大きい多孔質セラミックスを１．５〜２０薗の粒径
に破砕したうえ、リアクター（１）の内部に所要の上部
空間（７）を残してランダムバッキングしたものである
。また、直径／担体充填高さの値が０．５以上となると
、好機的条件のりアクタ一部分が多過ぎて、嫌気的醗酵
であるところのエタノ−・ル醗酵が行なわれなくなり、
エタノールの対糖収率が低下する。また、０．Ｌ以下で
は、嫌気の部分が多すぎて、スプレーノズルの効果が得
られず、また実質的にもリアクターの建設が困難である
。
．１〜０．５程度の円筒状のりアクタ−１（２）はこの
リアクター（１）の内部に形成された酵母固定化用担体
の充填層である。本発明の充填層（２）は画体固定化能
力の大きい多孔質セラミックスを１．５〜２０薗の粒径
に破砕したうえ、リアクター（１）の内部に所要の上部
空間（７）を残してランダムバッキングしたものである
。また、直径／担体充填高さの値が０．５以上となると
、好機的条件のりアクタ一部分が多過ぎて、嫌気的醗酵
であるところのエタノ−・ル醗酵が行なわれなくなり、
エタノールの対糖収率が低下する。また、０．Ｌ以下で
は、嫌気の部分が多すぎて、スプレーノズルの効果が得
られず、また実質的にもリアクターの建設が困難である
。
多孔質セラミックスとしては、全細孔容積が０゜１〜１
．５ ｃｃ／ｇ、細孔径については、固定化する酵母の
最小寸法（２μｍ）以上の細孔が、全体の細孔（１００
μ調以下）の７０％以上（容積比）であるセラミックス
を使用することが好ましい。ここで全細孔容積が０．１
ｃｃ／ｇ未満であると、菌体の固定化量が少ないので
第２図に示されるようにエタノール生産速度が低下し、
逆に全細孔容積が１．５ ｃｅ／ｇを越えると、第３図
に示されるように機械的強度が低下して使用が不可能と
なる。また細孔径が２７７ｍ未満であると、酵母菌体自
体の大きさとの関係−ト、酵母菌体の固定化を行うこと
ができなくなる。従って、酵母菌体の寸法基」二の細孔
が、全体の細孔の少な（とも７０％以上は必要となる。
．５ ｃｃ／ｇ、細孔径については、固定化する酵母の
最小寸法（２μｍ）以上の細孔が、全体の細孔（１００
μ調以下）の７０％以上（容積比）であるセラミックス
を使用することが好ましい。ここで全細孔容積が０．１
ｃｃ／ｇ未満であると、菌体の固定化量が少ないので
第２図に示されるようにエタノール生産速度が低下し、
逆に全細孔容積が１．５ ｃｅ／ｇを越えると、第３図
に示されるように機械的強度が低下して使用が不可能と
なる。また細孔径が２７７ｍ未満であると、酵母菌体自
体の大きさとの関係−ト、酵母菌体の固定化を行うこと
ができなくなる。従って、酵母菌体の寸法基」二の細孔
が、全体の細孔の少な（とも７０％以上は必要となる。
更に多孔質セラミックスの粒径を１．５〜２０胴とじた
のは、１．５ ｒｔａ未満では充填層が密になりすぎて
液の流れが悪く、従来と同様に偏流を生ずる原因となり
、逆に２０ｍｍを越えるとエタノール醗酵に寄与しない
内部容積が大きくなって、やはりエタノール生産速度が
低下するためである。
のは、１．５ ｒｔａ未満では充填層が密になりすぎて
液の流れが悪く、従来と同様に偏流を生ずる原因となり
、逆に２０ｍｍを越えるとエタノール醗酵に寄与しない
内部容積が大きくなって、やはりエタノール生産速度が
低下するためである。
このような酵母固定化用担体の充填層（２）の上方には
、醗酵液を充填Ｎ（２）に向かって噴霧するスプレーノ
ズル（３）が設けられている。（４）はポンプ（５）に
よってリアクター（１）の底部から吸い上げた醗酵液を
このスプレーノズル（３）から噴霧する循環ラインであ
り、その途中に基質供給管（６）が接続されている。
、醗酵液を充填Ｎ（２）に向かって噴霧するスプレーノ
ズル（３）が設けられている。（４）はポンプ（５）に
よってリアクター（１）の底部から吸い上げた醗酵液を
このスプレーノズル（３）から噴霧する循環ラインであ
り、その途中に基質供給管（６）が接続されている。
なおリアクター（１）の上端部には、上部空間（力に酸
素を供給するだめの空気取入口（８）が設けられ、フィ
ルタにより濾過された新鮮な空気をリアクター（１）の
内部に取り込むことができる構造となっている。特に運
転初期においては菌体の増殖を図るため、空気取入口（
８）より、積極的にエアーを供給すると、リアクターの
立ちあげ期間を短縮することができる。また、長期間の
連続醗酵でリアクターのエタノール生産性が低下したと
き、この空気取入口（８）より、積極的にエアーを供給
することによって、素早べ活性を回復させることができ
る。
素を供給するだめの空気取入口（８）が設けられ、フィ
ルタにより濾過された新鮮な空気をリアクター（１）の
内部に取り込むことができる構造となっている。特に運
転初期においては菌体の増殖を図るため、空気取入口（
８）より、積極的にエアーを供給すると、リアクターの
立ちあげ期間を短縮することができる。また、長期間の
連続醗酵でリアクターのエタノール生産性が低下したと
き、この空気取入口（８）より、積極的にエアーを供給
することによって、素早べ活性を回復させることができ
る。
（作用）
このように構成された本発明の散水濾床型バイオリアク
ターは、充填層（２）の粒状の微生物固定化用担体上に
常法により微生物を固定化し、基質供給管（６）から栄
養源を混ぜた基質をリアクター（１）内に供給して微生
物の作用により有用物質の生産を行わせるものである。
ターは、充填層（２）の粒状の微生物固定化用担体上に
常法により微生物を固定化し、基質供給管（６）から栄
養源を混ぜた基質をリアクター（１）内に供給して微生
物の作用により有用物質の生産を行わせるものである。
そして生成された有用物質と基質との混合液である醗酵
液はりアクタ−（１）の底部に流下し、ここからポンプ
（５）により吸い上げられたうえで充填層（２）の上方
に設けられたスプレーノズル（３）から再び噴霧され、
このような循環を繰り返しつつ次第に生産物の濃度を上
昇させ、その一部は醗酵液取り出し口（９）から取り出
される。
液はりアクタ−（１）の底部に流下し、ここからポンプ
（５）により吸い上げられたうえで充填層（２）の上方
に設けられたスプレーノズル（３）から再び噴霧され、
このような循環を繰り返しつつ次第に生産物の濃度を上
昇させ、その一部は醗酵液取り出し口（９）から取り出
される。
このように本発明においては、醗酵液をト方から下方へ
均一に流下させることができるので、閉塞が生ずること
もない。しかも醗酵液はスプレー・ノズル（３）から噴
霧される際に外気を取り込み、酸素リンチな状態で充填
層（２）上に散布されるので、充填層（２）に固定化さ
れた微生物にも十分な酸素が供給され、その増殖が促進
される。従って微生物の活性を長期間にわたりハイレベ
ルに維持することができる。
均一に流下させることができるので、閉塞が生ずること
もない。しかも醗酵液はスプレー・ノズル（３）から噴
霧される際に外気を取り込み、酸素リンチな状態で充填
層（２）上に散布されるので、充填層（２）に固定化さ
れた微生物にも十分な酸素が供給され、その増殖が促進
される。従って微生物の活性を長期間にわたりハイレベ
ルに維持することができる。
以上の結果、本発明の散水濾床型バイオリアクターによ
れば、第４図に白丸で示すように高い目的物質の生産性
を得ることができる。なお比較のために第４図には従来
のバイオリアクターによる生産性を黒丸で示した。
れば、第４図に白丸で示すように高い目的物質の生産性
を得ることができる。なお比較のために第４図には従来
のバイオリアクターによる生産性を黒丸で示した。
（発明の効果）
本発明は以上に説明したように、固定化菌体量を増加さ
せることができるので高い目的物質の生産性を確保でき
ること、閉塞が起きにくいこと、酸素が十分に供給され
るので微生物の活性を長期間にわたり安定させることが
できること等の利点があるほか、遊離の微生物量が減少
するので清澄な醗酵液を得ることができる利点もある。
せることができるので高い目的物質の生産性を確保でき
ること、閉塞が起きにくいこと、酸素が十分に供給され
るので微生物の活性を長期間にわたり安定させることが
できること等の利点があるほか、遊離の微生物量が減少
するので清澄な醗酵液を得ることができる利点もある。
よって本発明は従来の問題点を解決した散水濾床型バイ
オリアクターとして、産業の発展に寄与するところは極
めて大きいものである。
オリアクターとして、産業の発展に寄与するところは極
めて大きいものである。
第１図は本発明の実施例を示す模式的な断面図、第２図
は多孔質セラミックスの全細孔容積とエタノール生産速
度との関係を示すグラフ、第３図は多孔質セラミックス
の全細孔容積と抗折強度との関係を示すグラフ、第４図
は本発明の散水濾床型バイオリアクターと従来のバイオ
リアクターを、エタノール醗酵に用いた場合のエタノー
ル生産性を示すグラフ、第５図は従来のバイオリアクタ
ーの一例を示す模式的な断面図である。 （１）：リアクター、（２）：充填層、（３）ニスプレ
ーノズル、（４）：循環ライン、（５）：ポンプ。
は多孔質セラミックスの全細孔容積とエタノール生産速
度との関係を示すグラフ、第３図は多孔質セラミックス
の全細孔容積と抗折強度との関係を示すグラフ、第４図
は本発明の散水濾床型バイオリアクターと従来のバイオ
リアクターを、エタノール醗酵に用いた場合のエタノー
ル生産性を示すグラフ、第５図は従来のバイオリアクタ
ーの一例を示す模式的な断面図である。 （１）：リアクター、（２）：充填層、（３）ニスプレ
ーノズル、（４）：循環ライン、（５）：ポンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、多孔質セラミックスを１．５〜２０ｍｍの粒径に破
砕した粒状の微生物固定化用担体をリアクター（１）内
にランダムパッキングして充填層（２）とするとともに
、この微生物固定化用担体の充填層（２）の上方にスプ
レーノズル（３）を設け、更にポンプ（５）によってリ
アクター（１）の底部から吸い上げた醗酵液をこのスプ
レーノズル（３）から噴霧する循環ライン（４）を設け
たことを特徴とする散水濾床型バイオリアクター。 ２、全細孔容積が０．１〜１．５ｃｃ／ｇであって、固
定化する微生物の最小寸法以上の細孔径を有する細孔が
容積比で全体の細孔の７０％以上である多孔質セラミッ
クスを用いた請求項１記載の散水濾床型バイオリアクタ
ー。 ３、固定化する微生物が通性嫌気性菌である請求項１ま
たは請求項２記載の散水濾床型バイオリアクター。 ４、リアクターの直径／担体充填高さの値が０．１〜０
．５である請求項１記載の散水濾床型バイオリアクター
。 ５、使用する微生物が酵母であり、その酵母固定化用担
体である多孔質セラミックスの有する細孔径１００μｍ
以下の細孔のうち、７０％以上が細孔径２〜１００μｍ
の範囲にある請求項１、２および４記載の散水濾床型バ
イオリアクターを用いてエタノールを生産するエタノー
ル醗酵法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10689089A JPH084794B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 散水濾床型バイオリアクター及びこれを用いたエタノール醗酵法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10689089A JPH084794B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 散水濾床型バイオリアクター及びこれを用いたエタノール醗酵法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02284694A true JPH02284694A (ja) | 1990-11-22 |
| JPH084794B2 JPH084794B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=14445077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10689089A Expired - Lifetime JPH084794B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 散水濾床型バイオリアクター及びこれを用いたエタノール醗酵法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084794B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0764617A1 (en) * | 1995-09-22 | 1997-03-26 | Ecc International Limited | Particulate materials |
| WO2000068357A1 (en) * | 1999-05-06 | 2000-11-16 | Universite Laval | Scalable bioreactor culture process and system for the maturation of conifer somatic embryos |
| JP2008199924A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光触媒をコーティングした多孔質担体によるバイオリアクター |
| CN106561528A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 牛益庆 | 设置活动盖板的小型鱼缸 |
| CN106561529A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-19 | 牛益庆 | 背滤富氧型家用水族缸 |
| CN106577442A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-04-26 | 牛益庆 | 照明可拆卸式鱼缸 |
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| JPH084794B2 (ja) | 1996-01-24 |
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