JPH07100480A

JPH07100480A - 生体触媒固定化ゲル集合体を用いるバイオリアクター

Info

Publication number: JPH07100480A
Application number: JP25164693A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsuda; 武松田; Hiroaki Fujii; 弘明藤井; Masaki Okazaki; 正樹岡崎
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】生体触媒固定化担体、とりわけ該固定化ゲル
を用いるバイオリアクターでのゲル分離用ストレーナー
の目詰まりを解消し長期連続した高反応効率のバイオリ
アクターを創出し提供せんとするもの。【構成】通気度が１ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ以上で、反
応槽での曝気、撹拌作用によって容積が変化しない、容
積が５リツトル以下の容器の内部に、生体触媒固定化ゲ
ルを該容器容積に対して４０％未満装填してなるゲル集
合体であって、該ゲル集合体としての比重を０．９９以
上、１．１以下に構成し、該ゲル集合体を反応槽容積に
対して４０％未満となるように該反応槽に投入してな
り、該生体触媒固定化ゲルが容器内で流動すると共にゲ
ル集合体が反応槽内で流動するように構成したことを特
徴とするバイオリアクターであり、より好ましくは、前
記バイオリアクターの生体触媒固定化ゲルがポリビニル
アルコールからなるゲルであるバイオリアクターであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバイオリアクターに係
り、特に、海水、閉鎖系海水域、閉鎖系淡水域、養魚水
系等の浄化、下水処理、排水処理、産業排水処理、発酵
生産などに用いる微生物または酵素からなる生体触媒を
包括固定化したゲルを容器内に装填したゲル集合体を用
い、該ゲルが容器内で流動するばかりか、該ゲル集合体
としても反応槽内で流動するように構成したバイオリア
クターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より実用化されている下水処理、産
業排水処理、農業・水産・食品関係の排水処理、生活排
水処理、し尿処理には、好気性微生物を用いた標準活性
汚泥法及び生物膜法がある。さらに最近では、生体触媒
包括固定化担体を用いた排水処理法が注目されつつあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】標準活性汚泥法は処理
工程が長く、設備自体も大がかりとなり経済性および維
持管理の点に問題がある。また、微生物濃度を上げると
処理水の固液分離が難しくなるため、水処理能力に限界
がある。一方、生物膜法は、生物膜の剥離や、負荷の変
動により処理能力が一定しないなどの欠点がある。以上
の二つの方法に対し、生体触媒固定化担体、とりわけ生
体触媒包括固定化ゲル（以下単にゲルと記述することが
ある）は、微生物濃度を上げることができ、処理能力が
高く、さらに負荷の変動に対応できて優れているが、既
設曝気反応槽に単にゲルを投入するだけではゲルと処理
水の分離に問題があった。即ち、生体触媒包括固定化ゲ
ルは、基質、酸素等の透過性の点から、直径が３〜５ｍ
ｍ以内が望ましく、よって、ゲルと水とを分離するには
ストレーナーのメツシュは５ｍｍ角以下でなければなら
ないが、この程度のメツシュでは、排水中の懸濁物によ
り目詰まりが生じやすく、ひいては、高水位によるゲル
の流失を引き起こすという問題があった。従って本発明
は、上記生体触媒固定化担体、とりわけ該固定化ゲルを
用いる場合の上記課題を解決せんとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】生体触媒固定化ゲルを用
いる場合の上記課題を解決するために、本発明は、該ゲ
ルを通気性、通水性を有する容器に装填したゲル集合体
を用い、該生体触媒固定化ゲルが容器内で流動すると共
にゲル集合体も反応槽内で流動するように構成すること
により、ゲルと処理水を分離するためのストレーナーの
メツシュを大きくとり、目詰まりを生じないようにする
ことができ、該ゲルを反応槽内に高密度に存在させても
該ゲルとストレーナーとの上記分離問題を解決したもの
であり、したがって、反応槽の容積あたり処理能力を大
幅に向上したものである。即ち、本発明は、通気度が１
ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ以上で、反応槽での曝気、撹拌作
用によって容積が変化しない、容積が５リツトル以下の
容器の内部に、生体触媒固定化ゲルを該容器容積に対し
て４０％未満装填してなるゲル集合体であって、該ゲル
集合体としての比重を０．９９以上、１．１以下に構成
し、該ゲル集合体を反応槽容積に対して４０％未満とな
るように該反応槽に投入してなり、該生体触媒固定化ゲ
ルが容器内で流動すると共にゲル集合体が反応槽内で流
動するように構成したことを特徴とするバイオリアクタ
ーであり、より好ましくは、前記バイオリアクターの生
体触媒固定化ゲルがポリビニルアルコールからなるゲル
であるバイオリアクターである。

【０００５】

【作用】本発明においては、生体触媒固定化ゲルを通気
性、通水性を有する容器内に装填し、該生体触媒固定化
ゲルが容器内で流動すると共にゲル集合体が反応槽内で
流動するように構成し、かつゲルは容器内に分割隔離さ
れる構成をとるので、ゲル分離用ストレーナーで処理水
とゲルとの分離を行うことが必須でなくなり、したがっ
て、ゲル分離用ストレーナーのメツシュを大きくするこ
とができ、ストレーナーの目詰まりを著しく低減させる
ことができ、反応装置での目詰まりを生じさせず長期間
での連続運転を可能とすることができる。また該容器を
介在させ、該ゲルが容器内ばかりでなく、該ゲルを装填
した容器（ゲル集合体）が処理反応槽中で流動すること
により、その処理反応槽中での処理水、酸素（空気）の
流通がスムーズで、処理水、酸素と生体触媒固定化ゲル
との接触がより更新され、反応効率を高めることが出来
る。

【０００６】以下本発明についてより詳細に説明する。
ゲル集合体を構成する容器は、反応流体（通常は水溶
液）がゲルに達するに十分な通水性を有すること及び好
気性反応の場合は酸素（空気）がゲルに十分達するため
に必要な通気度を有することが必要である。該特性は通
気度（ＪＩＳＬ−１０１８，１０９６記載のフラジー
ル法）が１ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ以上であれば良く、よ
り好ましくは５ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ以上が良いことが
判明した。この通気度が１ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ未満で
は反応流体がゲルと充分に接触せず、また、酸素が充分
にゲルに達しないため、反応効率の低下、ひいては微生
物などの生体触媒の腐敗を引き起こすものである。

【０００７】本発明に使用する通気度１ｍｌ／ｃｍ²・
ｓｅｃ以上を有する容器は、（１）繊維編織物、（２）
繊維、金属、ププラスチックのいずれかより成る網状
物、（３）プラスチックまたは金属の膜状物（フィルム
またはシート）に適宜穴あけした、空隙を有する薄膜状
物、（４）不織布の、いずれかにより構成されるが、反
応槽内での曝気、撹拌による容器の変形が起きては所期
の目的が達せられないので、素材によっては、上記
（１）〜（４）の内の２つ以上を組合わせて使用した
り、樹脂吹付け等による二次加工が必要となる。

【０００８】また、容器内に充填したゲルが反応槽に流
出してはならないため、容器の有する空隙はゲルの投影
面積×０．８以下が好ましく、より好ましくは投影面積
×０．７以下である。もっとも、微生物の増殖による目
詰まりを考慮すれば、投影面積×０．１以上であること
が好ましい。

【０００９】容器の素材は、特に限定するものではない
が、各種繊維、樹脂、金属を用いることが出来る。例え
ば、繊維としてはガラス繊維、アルミナ繊維、ホウ素繊
維等の無機繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊
維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルア
ルコール繊維、炭素繊維、ポリフェニレン繊維、ポリア
リレート繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、フェノ
ール樹脂繊維等の合成繊維を使用することが出来る。樹
脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチ
レン、ポリエステル、ポリフェニレン、ポリイミド、フ
ェノール系の樹脂等を使用することが出来る。金属は防
蝕性が充分なものであればいかなる素材も使用すること
が出来る。

【００１０】ゲル集合体容器の容器容積は、主として該
容器を反応槽（曝気槽）内で処理水とどのように接触さ
せるかにより異なってくるが、ゲルに固定した微生物と
処理水との接触更新を促すようにすることが必要であ
り、本発明のように生体触媒固定化ゲルを容器内で流動
させると共にゲル集合体が反応槽内で流動するように構
成するためには、その容器容積は５リツトル以下が好ま
しく、より好ましくは１リツトル以下であることが分か
った。

【００１１】容器の形状は、球、卵型、立方体、直方
体、板状などのあらゆる形状をとることができ、特定さ
れないが、微生物と処理水との積極的な接触更新を考慮
し、容器内でのゲルの流動、並びに反応槽内での容器の
流動が容易なように考慮すると、反応槽での曝気、撹拌
によって該容器の容積および形態が変化しないものであ
ることが必要である。

【００１２】ゲルの容器内部への投入量は、容器内での
ゲルの流動を可能とするために、容器容積に対し４０％
未満に装填すれば良い。またゲル集合体は、それも反応
槽内で流動を可能とするために、後述する比重も関係す
るが、反応槽容積に対して４０％未満となるように投入
するのが良いことが分かった。

【００１３】ゲルとその容器より成るゲル集合体の比重
は、曝気槽での流動性を考えると０．９９以上、１．１
以下に構成するのが好ましく、１．００以上、１．０７
以下がより好ましい。これは、ゲル集合体が軽過ぎ処理
液上に浮上したり、重過ぎて反応槽底部に沈降堆積して
しまうと処理液、酸素との接触更新が悪くなり、効率低
下が生ずるからである。比重の調整は、容器素材の選定
と、ゲルへの各種物質の添加により行う。また、ゲル集
合体の容器内でのゲルの流動性を確保するため、ゲル自
体の比重も０．９９以上、１．１以下が好ましく、１．
００以上、１．０７以下がより好ましい。

【００１４】生体触媒固定化ゲルは公知のあらゆるもの
を利用することができるが、ポリビニルアルコール（以
下ＰＶＡと略記する）ゲルを利用するのが、ゲルの強
度、生体触媒との親和性、特に微生物棲息性、酸素透過
性から最も好ましい。

【００１５】以上のようなゲル集合体を用いたバイオリ
アクターとは、曝気槽（反応槽）に該ゲル集合体を投入
した装置をいう。ゲル集合体の投入量は、該ゲル集合体
を曝気槽内部で流動させなければならないので、該ゲル
集合体を曝気槽容量に対しゲル体積が１％以上、４０％
以下投入するのが好ましい。更に好ましくは５％以上、
３０％以下である。なお、以上のようなバイオリアクタ
ーにおいて、ゲル集合体と処理水とを分離するストレー
ナーのメツシユの大きさは、ゲルの投影面積×０．８以
下が好ましく、より好ましくは投影面積×０．７以下で
ある。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこの実施例により限定されるものではな
い。実施例１：１．８ｍｍ角のメッシュを有する球状容器
（ポリプロピレン樹脂製、通気度１４０ｍｌ／ｃｍ²・
ｓｅｃ，容積２リツトル）に、（株）クラレ製のＰＶＡ
に（株）クラレ岡山工場（岡山市海岸通り１丁目２番１
号）の排水処理槽より採取した活性汚泥を包括固定化し
た直径３ｍｍの球状ＰＶＡゲルを約４００ｍｌ入れ、ゲ
ル集合体をつくった。このゲル集合体としての比重は
１．０４であった。このゲル集合体を２５０個、容積２
ｍ³の曝気槽に投入し、該曝気槽とひらめ飼育水槽（容
積１５０ｍ³）とを連結し、海水を循環させて１週間を
経過させ、海水の水質測定を行った。ゲル集合体投入前
の海水中のアンモニア態窒素は３．３５ｍｇ／ｌであっ
たが、これが０．０３ｍｇ／ｌに減少した。その後１ケ
月間、海水中のアンモニア態窒素は０．０１〜０．０９
ｍｇ／ｌと良好であり、また曝気槽の処理水出口に設置
したゲル集合体分離ストレーナー（９０ｍｍ角メツシ
ュ）の目詰まりは全く生じず、ゲル集合体が曝気槽から
流出することもなかった。

【００１７】実施例２：１．２ｍｍ角のメッシュを有す
る卵型容器（ポリエチレン樹脂製、通気度１９５ｍｌ／
ｃｍ²・ｓｅｃ，容積１リツトル）に、実施例１と同様
にして得られた球状ＰＶＡゲルを３００ｍｌ入れ、ゲル
集合体をつくった。このゲル集合体としての比重は１．
０３であった。このゲル集合体を２５００個、容積１０
ｍ³の曝気反応槽に投入し、排水処理を行った。曝気槽
内の排水は（株）クラレ岡山工場の排水を用い、そのＢ
ＯＤは２００ｍｇ／ｌに調整したものであったが、この
排水を２４時間曝気処理したところ、そのＢ０Ｄは２０
０ｍｇ／ｌから１０ｍｇ／ｌに減少した。１ケ月間この
試験を繰り返したが、排水能力は変わらなかった。ま
た、曝気槽の処理水出口に設置したゲル集合体分離スト
レーナー（５０ｍｍ角メツシュ）の目詰まりは全く生じ
ず、ゲル集合体が曝気槽から流出することもなかった。

【００１８】比較例１：（株）クラレ製のＰＶＡに
（株）クラレ岡山工場の排水処理槽より採取した活性汚
泥を包括固定化した直径３ｍｍの球状ＰＶＡゲルを用
い、該球状ＰＶＡゲル３００リツトルを、容積２ｍ³の
曝気槽に投入した。曝気槽とひらめ飼育水槽（容積１５
０ｍ³）とを連結し、海水を循環させ、１週間経過させ
て海水の水質を測定した。ゲル投入前の海水中のアンモ
ニア態窒素は３．２４ｍｇ／ｌであったが、これが０．
４１ｍｇ／ｌに減少した。しかし、１ケ月後には曝気槽
の処理水出口のゲル分離用ストレーナー（２ｍｍ角メツ
シュ）が目詰まりし、オーバーフローによってゲルが殆
ど流出してしまった。その時の海水中のアンモニア態窒
素は、２．９５ｍｇ／ｌに悪化した。

【００１９】比較例２：容積１０ｍ³の曝気槽に活性汚
泥をＭＬＳＳ１０００ｍｇ／ｌになるように入れ、排水
処理試験を行った。曝気槽内の排水を（株）クラレ岡山
工場の排水を用い、そのＢＯＤを２００ｍｇ／ｌに調整
し、２４時間曝気処理を行ったところ、Ｂ０Ｄは６０ｍ
ｇ／ｌにしか減少しなかった。

【００２０】比較例３：容積２ｍ³の曝気槽に１ｃｍ角
のポリウレタンスポンジ担体を３００リツトル投入し、
曝気槽とひらめ飼育水槽（容積３００ｍ³）とを連結
し、海水を循環させて一週間を経過させ、海水の水質測
定を行った。海水中のアンモニア態窒素は、スポンジ投
入前が３．５１ｍｇ／ｌ、投入後は３．１１ｍｇ／ｌ
で、殆ど変化せず、１ケ月経過させても変わらなかっ
た。しかも、曝気槽の処理水出口の担体分離用ストレー
ナー（６ｍｍ角メツシュ）に、担体の破片が目詰まり
し、オーバーフローによって担体が殆ど流出してしまっ
た。

【００２１】

【発明の効果】本発明の生体触媒固定化ゲルの集合体
は、上記実施例から明らかなように、微生物包括固定化
ゲルを単に用いるものや、標準活性汚泥法、生物膜法に
比べて明らかに排水処理能力に優れ、実用性に優れてい
る。よって、本発明の生体触媒固定化ゲルの集合体を用
いたバイオリアクターは、海水、養魚水系の浄化、下水
の処理、産業排水の処理に極めて効果があり、実用性が
あるものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通気度が１ｍｌ／ｃｍ²・ｓｅｃ以上
で、反応槽での曝気、撹拌作用によって容積が変化しな
い、容積が５リツトル以下の容器の内部に、生体触媒固
定化ゲルを該容器容積に対して４０％未満装填してなる
ゲル集合体であって、該ゲル集合体としての比重を０．
９９以上、１．１以下に構成し、該ゲル集合体を反応槽
容積に対して４０％未満となるように該反応槽に投入し
てなり、該生体触媒固定化ゲルが容器内で流動すると共
にゲル集合体が反応槽内で流動するように構成したこと
を特徴とするバイオリアクター。
【請求項２】生体触媒固定化ゲルがポリビニルアルコ
ールからなるゲルである請求項１に記載のバイオリアク
ター。