JPH0246196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定化微生物の造粒装置に係り、特に
径が均一で球状の固定化微生物を生産するのに適
した造粒装置に関する。

〔従来の技術〕

固定化微生物は、微生物をポリアクリルアミド
などの有機高分子化合物の内部に包括固定したも
のである。この固定化微生物は、包括固定した微
生物の生化学作用によつて、被処理物に対して所
望の反応を促進させる目的で使用される。この目
的のためには、固定化微生物が反応容器内で被処
理物と効率よく接触する必要があり、強度、流動
性などの観点から、固定化微生物は均一な径を備
えた球状のものであることが望ましい。

球状の固定化微生物を製造する方法としては、
液相造粒法が知られている。この方法は、微生物
と水溶性有機高分子化合物の混合液を液滴とし
て、不溶化剤溶液中に滴下し、不溶化剤の作用に
よつて、前記液滴を固定化し造粒する。

ところで、この液相造粒法においては、所望の
径を備えた均一な球状の液滴を形成することが難
しく、工業的規模での量産が困難であるという問
題点があつた。

例えば、前記混合液を一定の静圧を付与しなが
らノズル先端から自然落下させる場合には、比較
的真球に近い液滴を形成できる。しかし、この方
法では生産能率が悪く、また、所望の直径の液滴
を形成するためには、ノズルの孔径をその都度最
適なものに変える必要があり、各種サイズのノズ
ルを準備しなければならない。

また、回転式のノズルを用いて遠心力の作用で
液滴を分断する場合には前記静圧のみによるノズ
ルに比べて生産能率は向上し、回転速度を調節す
ることによつて、液滴の径を任意に選択できると
いう利点がある。しかし、この方法では、多数の
ノズルを円周上に配置する装置構造が複雑とな
り、生産能率も十分ではない。また、内径１〜３
mm程度のノズルには、混合液や、混合液中の異物
が閉塞しやすいので、ノズルの保守に頻繁な手間
が必要となり、このことが生産能率をさらに低下
させる原因となつていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の目的は、前記従来技術の問題点を解
消し、均一な径を備えた球状の固定化微生物を、
簡単な構造で、かつ能率よく造粒することができ
る装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、装置構造が簡単で、生産能率がよ
く、かつ、保守にも手間を必要としない方法とし
て、回転円板法を試みた。この方法は、水平に回
転する円板上に前記混合液を供給し、回転円板の
遠心力によつて、混合液を円板の周縁部から液滴
として飛散させることを基本とする。この方法に
よれば、多数のノズルを必要としないので、装置
構造が簡単であり、生産能率もよい。また、保守
も容易である。しかし、実験によれば、円板の周
縁部から飛散する液適の粒径にばらつきが大き
く、均一な径を得ることが困難であることが判明
した。この原因は、回転円板上に供給した混合液
が、円板周縁部の無数の不特定位置から、慣性力
と遠心力の相互作用により、円周に対してほぼ接
線方向に離散するため、混合液の表面張力や円板
表面の条件がきわめて微妙に影響するためと考え
られた。

したがつて、本発明は上記回転円板法の長所を
生かしつつ、液滴径の均一化を図るために、回転
円板の外周に多数の尖頭歯を備えるようにしたこ
とを特徴とする。

〔作 用〕

円板上に供給された混合液は、円板の回転によ
つて、遠心力を受け、円板上で外周方向に移動す
る。この混合液は外周に設けた尖頭歯に達し、そ
の先端から液滴として飛散する。尖頭歯の先端は
鋭角状に形成されているので、液離れが良好であ
る。また、多数の尖頭歯の先端は相互に離間して
いるので、飛散する液滴は整列して落下し、落下
途中で合体して、粒径にばらつきが生じることも
少ない。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は装置系統図を示し、微生物を多量に含
んだ下水処理場からの活性汚泥を有機高分子化合
物内に固定化する場合を示す。管路１０から供給
した活性汚泥と管路１２から供給した凝集剤とを
混合機１４で混合し、凝集によつてフロツク化し
た活性汚泥を管路１６から恒温槽１８に導き、温
度を一定にしたのち、管路２０からラインミキサ
２２に供給する。また、管路２４からは、固定化
剤として用いるアクリルアミドモノマを主体に、
添加物としてのアルギン酸ソーダ、架橋剤、重合
促進剤の溶液を前記恒温槽１８に導き、温度を一
定にしたのち、管路２６からラインミキサ２２に
供給する。ラインミキサ２２で撹拌混合した活性
汚泥と固定化剤溶液の混合液は管路２８から、固
定化槽３０内に設けた回転円板３２上に供給す
る。固定化槽３０内には前記アクリルアミドモノ
マを重合させる重合開始剤と、アルギン酸ソーダ
と反応する塩化カルシウムの不溶化剤溶液３４が
張り込んである。重合開始剤溶液は管路３６から
補給し、塩化カルシウム溶液は管路３８から補給
する。固定化槽３０には前記回転円板３２が不溶
化剤溶液の液面よりも高い位置に設けられ水平回
転する。また、固定化槽３０内には撹拌機４０を
設け、不溶化剤溶液を撹拌する。

前記、回転円板３２上に供給された混合液は、
円板の回転遠心力によつて、円板の外周から液滴
として飛散し、固定化槽３０内の不溶化剤溶液３
４中に滴下される。滴下した液滴は不溶化剤との
反応によつて不溶化し造粒される。造粒された固
定化微生物は、撹拌機４０の駆動によつて、不溶
化剤溶液３４とともに流動、同伴して、管路４２
から溢流して回収槽４４に送られる。回収槽４４
にはスクリーンバケツト４６が設けられ、このバ
ケツト４６に固定化微生物が回収される。不溶化
剤溶液は回収槽４４と固定化槽３０とを連絡する
管路４８の途中に設けたポンプ５０によつて固定
化槽３０に戻し、循環利用する。回収槽４４には
冷却器５２が付設されており、前記固定化槽３０
内での重合反応等によつて昇温した不溶化剤溶液
を冷却して一定の温度に保つ。

第２図に固定化槽３０の細部構造を示す。槽下
部には、回転円板３２を回転させる電動機５４お
よび撹拌機４０を回転させる電動機５６が配置さ
れている。また、槽中央部に立設した支柱５８内
に２軸構造で回転軸６０，６２が設けられ、スプ
ロケツトチエーン６４，６６を介して、回転円板
３２、撹拌機４０が回転駆動する。

回転円板３２は第３図イに示すように、外周に
多数の尖頭歯６８を備えており、一定方向に連続
回転する。したがつて、円板上のほぼ中央位置に
供給された混合液は、円板の回転遠心力によつて
外周方向に移動し、尖頭歯６８の先端から液滴と
して離散する。その離散状況は回転円板が矢印Ａ
の右廻りの場合、矢印Ｂの軌跡を示す。液滴の径
は、混合液の比重、粘度、供給量、回転円板の外
径、回転数、尖頭歯の形状寸法などによつて、微
妙に変化する。したがつて、これらのフアクター
を適宜選択し、統一することによつて所望の均一
な径の液滴を形成させることができる。第３図ロ
に示す尖頭歯６８の拡大図において、尖頭歯の元
部幅ｐと先端部の角度θが、均一な液滴径を得る
上で重要なフアクターとなる。実験によれば、元
部幅ｐは所望液滴径の２〜10倍、角度θは30゜〜
60゜が好ましいことが判明している。

第４図に回転円板３２の各種側断面形状を示
す。図中イは、円板上面が平坦である標準形状を
示す。ロは尖頭歯６８の上面が傾斜し先端に向う
につれて側断面が先細りとなる形状である。実験
によればイに示したものより、ロに示したものが
均一な粒径を得る上で有利であることが確認でき
た。ハは円板上面が凸に傾斜している形状であ
り、混合液の尖頭歯６８への移動に遠心力以外に
混合液自体の自重による移動作用があるので回転
円板の回転速度を小さくでき、消費動力を節減で
きる。ニは円板上面が凹に傾斜している形状であ
り、中央凹部に混合液の液溜め機能がある。した
がつて、回転円板への混合液の供給量が微少変動
しても、この変動を吸収する作用があり、均一な
粒径を得る上で有利である。第５図に上記第４図
で示した各種側断面形状の回転円板における液滴
の落下状況を垂直投影面にモデル化して示す。第
５図イ，ハ，ニはそれぞれ、第４図のイ，ハ，ニ
に同一符号で対応する。イの場合には液滴の飛散
方向は水平であり、不溶化剤溶液の液面７０に到
達する時点では、残存する小さな水平分力Ｈと重
力による垂直分力Ｇとの合力Ｆによつて液面に衝
突する。ハの場合には液滴の飛散方向は斜め下方
であり、液面７０に到達した時点でも、かなり大
きな水平分力Ｈを残存しており、垂直分力Ｇもイ
の場合よりも大きい。したがつて、その合力Ｆが
かなり大きい状態で液面に衝突する。ニの場合に
は、液滴の飛散方向は斜め上方であり、滞空の段
階で水平分力が０となり、液面７０に到達する時
点ではイと同一の垂直分力Ｇのみとなる。液滴は
滞空時間が長いほど、その表面張力によつて真球
になろうとする性質があり、また、液面との衝突
時には慣性力が小さいほど衝撃力が少なく、液滴
の変形も小さくなる。したがつて、真球に近い形
状の液滴を不溶化剤化溶液中に落下させるために
は、滞空時間が長く、着液時の慣性力も最も小さ
い第４図ニに示した側断面形状の回転円板が理論
上は好適である。第５図ニの別位置に示した液面
７０Ａ近傍に液面を維持するならば、水平分力、
垂直分力とも小さい時点で、かつ、滞空時間も比
較的長い状態で液滴を液面に到達させることがで
きるので、より一層、液滴の球状化が期待でき
る。

第６図に本発明に係る固定化槽の他の実施例を
示す。本実施例においては、回転円板３２の上面
側に回転軸６０を取り付け、電動機５４によつて
回転円板３２を回転させる。回転軸６０の中間に
は、混合液の供給筒７２を設け、この供給筒７２
は管路２８からの混合液を供給する。不溶化剤溶
液３４の撹拌は固定化槽３０の上方から挿入した
撹拌機７４によつて行う。本実施例によれば、固
定化槽３０の構造を簡略化することができる。

実験例 下記の条件によつて実験を行つた。

微生物…活性汚泥（微生物濃度20000mg/） 有機高分子化合物…アクリルアミドモノマ溶液
（添加剤としてアルギン酸ソー
ダ、架橋剤、重合促進剤を添加
したもの） 混合液…微生物50％、有機高分子化合物50％ 不溶化剤溶液…２％Cacl₂、重合開始剤 回転円板…直径200mm、尖頭歯の先端角度45゜、尖
頭歯の元部幅10mm、歯数64、回
転数120rpm 混合液供給量…480ml/min 上記の条件で造粒した固定化微生物を下記式の
定義によつて求めた変形係数の総平均は1.18であ
つた。

変形係数＝長径／短径 また、長径が平均長径2.6mmに対して±30％の
範囲内にある固定化微生物の累計総重量は、造粒
した全固定化微生物の総重量に対して82％であつ
た。

一方、比較のために回転円板として尖頭歯を備
えない真円板を用いた以外は上記と同一の条件で
造粒した固定化微生物の変形係数の総平均1.32で
あつた。また、長径が平均長径2.9mmに対して±
30％の範囲内にある固定化微生物の累計総重量は
造粒した全固定化微生物の総重量に対して61％で
あつた。

以上の実験結果からも明らかなように、本発明
に係る外周に多数の尖頭歯を備えた回転円板を用
いた造粒装置によれば、変形係数が小さく（すな
わち、真球に近く）、かつ、粒径の比較的均一な
固定化微生物を造粒することができる。

なお、前記実施例装置では、重合開始剤を不溶
化剤溶液の一部として用いるように説明したが、
これに限らず、重合開始剤溶液を例えば第１図に
示すラインミキサ２２に全量又は一部供給し、あ
らかじめ混合液と混合したのち、回転円板に供給
してもよい。このようにすれば、液滴が形成され
る過程でも有機高分子化合物の重合反応が進行す
るので、均一な径の球状を造粒するという本発明
の目的をより一層達成しやすい。ただし、重合開
始剤を混合液に添加するタイミングが早かつた
り、添加量が多い場合には、重合反応が過大に進
行し、ラインミキサや回転円板に重合物が付着、
固形化して正常な運転を持続することができなく
なる場合があるので注意が必要である。

〔発明の効果〕

本発明に係る造粒装置は混合液の液滴を滴下す
る手段の構造が簡単であり、固定化微生物の生産
能率がよい。また、造粒した固定化微生物は径が
均一であり、形状も真球に近いので取扱い性にす
ぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す装置系統図、第
２図は本発明に係る固定化槽の側断面図、第３図
は本発明に係る回転円板を示す平面図、第４図は
回転円板の各種形状を例示する側断面図、第５図
は各種回転円板から飛散する液滴の落下状況を垂
直投影面にモデル化して示した説明図、第６図は
本発明に係る固定化槽の他の実施例を示す側断面
図である。 ２２…ラインミキサ、２８…混合液の供給管
路、３０…固定化槽、３２…回転円板、３４…不
溶化剤溶液、４０…撹拌機、４４…回収槽、４６
…スクリーンバケツト、５０…ポンプ、５４…電
動機、６８…尖頭歯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微生物と水溶性有機高分子化合物の混合液を
   液滴として滴下する手段と、この滴下した液滴を
   不溶化剤溶液中で反応させ不溶化する固定化槽と
   を備えた固定化微生物の造粒装置において、前記
   液滴の滴下手段は、外周に多数の尖頭歯を備えた
   円板と、この円板を水平面で連続回転させる駆動
   機構とを備え、回転する円板上に前記混合液を供
   給するようにしたことを特徴とする固定化微生物
   の造粒装置。