JPH0761252B2 - 生物反応装置及び該装置に用いる微生物担持体収納用カプセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微生物を担持させた微生物担持体を反応容器
内に収納し、好気性雰囲気及び嫌気性雰囲気下で微生物
を利用して排水処理や発酵生産などを行う生物反応装置
（バイオリアクター）と該装置に用いる微生物担持体収
納用カプセルに関するものである。

［従来の技術］ 生物反応装置においては、効率良く且つ連続反応を行な
わせるために、微生物を微生物担持体に担持させて付着
や固定化を行っている。微生物担持体については、種々
の提案がなされている。出願人も特開昭61−149085号公
報に、高濃度で微生物を保持することができ、しかも微
生物の付着性に優れた不織布製の微生物担持体を提案し
ている。従来の装置では、複数個の不織布製の微生物担
持体をそのまま反応容器内に入れていた。

［発明が解決しようとする課題］ 複数個の不織布製の微生物担持体をそのまま反応容器内
に入れる場合、次のような問題が生じる。

例えば熱可塑性樹脂の糸を素材とした不織布製微生
物担持体は、複雑な微小空間を無数に作り出し微生物の
居住に極めて適している。しかしながら実際に使用して
みると、微生物担持体どうしがからまり合ったり、微生
物担持体自体の機械的強度が弱いために、流路を占める
微生物担持体の単位体積当りの密度が異なって偏流状態
が発生する問題があった。そこで不織布に熱加工を施し
て微生物担持体の機械的強度を高める努力が行われてき
た。しかしながら、熱加工を施した微生物担持体でも、
水中で長時間使用すると、不織布からほつれが出るのを
避けられず、結局微生物担持体どうしのからまり合いを
確実に防ぐことができない上、長期間の使用の間に微生
物担持体の機械的強度も減少する問題が生じる。

生物反応装置では、微生物担持体に付着して過度に
増殖する微生物が目詰まり状態にならないように定期的
に微生物を微生物担持体から落すために、逆洗浄や空気
洗浄を行う。空気洗浄を行う場合には、短時間に通常供
給するガス（空気）の流速の数倍の流速でガスを過大に
供給するため、微生物担持体は激しい流動を槽内で起こ
す。この微生物担持体の流動による微生物担持体どうし
の接触や、空気と微生物担持体との接触により過付着の
微生物が剥離される。したがって不織布製の微生物担持
体が変形したり、最悪の場合には微生物担持体が破壊さ
れることもあり、上記と同様に偏流状態が発生して、
液体と微生物との接触効率が悪くなる問題がある。

本発明の目的は、微生物担持体収納用カプセルを用いる
ことにより、上記課題を解決した生物反応装置を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、機械的強度が強く且つ反応容器へ
の収納配置が容易な微生物担持体収納用カプセルを提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明が対象とする生物反応装置は、注液口と排液口と
を有する反応容器と、反応容器内に収納された複数個の
不織布製の微生物担持体を備えており、注液口から供給
された液体を複数個の微生物担持体に担持させた微生物
と反応させた後に液体を排液口から排出する。

本発明の装置では、液体及び微生物担持体から剥離した
微生物の通過を許容し且つ微生物担持体の流出を阻止し
得る複数個の貫通孔が形成された複数個の微生物担持体
収納用カプセルを用いる。そして複数個の微生物担持体
収納用カプセル内に、複数個の微生物担持体を分散して
収納する。

例えば微生物担持体の素材として熱可塑性樹脂の不織布
を使用すると、その比重は1.0内外であり、微生物の比
重が1.0を少し上廻る程度であるので、微生物担持体に
微生物が付着固定した状態では、その比重は1.0近傍と
なる。したがって反応容器として好気性反応容器を用い
る場合には、片側曝気、全面曝気のいずれに対しても注
液を上方からも下方からも行うことができる。微生物担
持体収納用カプセルは、片側曝気の場合には流動し易い
が、全面曝気の場合には流動し難く固定床に近い状態と
なる。また嫌気性反応容器を用いる場合にも、注液は上
方からも下方からも行うことができる。嫌気性反応の場
合には、生成するガスのためにカプセルの見掛けの比重
が小さくなり、カプセルは浮上するため固定床に近い状
態となる。好気性，嫌気性のいずれの反応容器について
も、酸を含むガスや発生ガスの付着によりカプセルの見
掛けの比重が小さくなり、反応容器内の水面上にカプセ
ルが浮上する場合には、グレーチング等の押えを設けれ
ばよい。反応容器の構造、注液口及び排液口の位置は、
対象となる生物反応装置の型式に応じて異なるのは勿論
である。

また微生物担持体に担持させる微生物は用途に応じて任
意に選択される。実施例で用いる微生物担持体は、合成
樹脂製の不織布から構成され、その素材はポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ナイロン、塩化ビニール、ポリ塩化
ビニリデン、ポリエステル、ナイロン、ビニロン、アク
リル等の熱可塑性樹脂である。これらの不織布は、糸が
織り成す複雑な微小立体空間を無数に作り出すため、微
生物の居住に適した空間を作ることができる。

微生物担持体収納用カプセルの寸法は、生物反応装置の
型式と反応容器の大きさに応じて適宜に定められる。ま
た１個の微生物担持体収納用カプセル内には、微生物担
持体どうしで押し合って微生物担持体に変形を生じさせ
ることがない程度の数の微生物担持体を収納するのが好
ましい。

貫通孔の開口率は、カプセルの強度と処理効率とを考慮
して適宜に定められることになる。

微生物担持体収納用カプセルとしては、液圧やガス圧で
容易に破壊されない程度の機械的強度を有し且つ反応容
器への収納が容易なものが好ましい。請求項２項のカプ
セルは、結合手段によって結合されると球状の輪郭形状
を有するカプセル体を形成する第１の半部と第２の半部
とからなる。そして第１の半部及び第２の半部にはそれ
ぞれ液体及び微生物担持体から剥離した微生物の通過を
許容し且つ微生物担持体の流出を阻止し得る複数個の貫
通孔が形成されている。本願明細書において、「球状の
輪郭形状」とは、完全な球の輪郭形状だけを意味するも
のではなく、球に近い輪郭形状を含むものである。

カプセルの材質は、長期間にわたって液体中に置かれて
も変質することのないプラスチックを用いるのが好まし
い。

［発明の作用」 微生物担持体収納用カプセル（以下単にカプセルとも言
う。）に複数の不織布製の微生物担持体を分散して収納
すると、液や洗浄用のガスによる流動を受けても、カプ
セルどうしの接触や衝突が起こるだけで、微生物担持体
が変形したり破壊される問題が非常に少なくなる。また
一部のカプセル内の微生物担持体が変形または破壊によ
って固まったとしても、他のカプセル内の微生物担持体
に影響を与えることがない。そのため偏流の発生を防止
して、しかも液体と微生物担持体との接触効率を高い状
態に維持することができる。

微生物担持体を単に反応容器内に入れた場合と比べれ
ば、カプセルが仕切り部の機能を果すため、反応容器内
に均一にカプセルを存在させて安定した微生物反応を確
保でき、反応容器のスペースを有効に活用できる。

カプセルの輪郭形状を球状にすると、貫通孔の開口率を
高めた場合でも、カプセルの機械的強度を比較的高い状
態に維持できる。また適当に反応容器内に複数個のカプ
セルを入れた場合でも、カプセルの輪郭形状を球状にす
ると、所定のスペース内に略均等にカプセルを収納する
ことができ、カプセルの収納作業が極めて容易である。
更にカプセルの輪郭形状を球状にすると、微生物担持体
のカプセル内での移動が容易となり、洗浄効率が高くな
る利点がある。

［実施例］ 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、本発明を排水の好気性生物処理装置に適用し
た実施例の概略断面図を示している。同図において、１
は両端が閉塞されて上部が開口し、断面が角型またはほ
ぼ円型を呈する反応容器であり、反応容器１の長手方向
の一方の端板1aの上部には注液口２が設けられ、他方の
端板1bの上部には排液口３が設けられている。４は反応
容器１を長さ方向に２つに仕切る隔壁であって、隔壁４
の下端と反応容器１の底壁部との間は離れており、流体
が連通するようになっている。反応容器の端板1aと隔壁
４との間には上下に離して仕切り板５及び６が配置され
ている。これらの仕切り板５及び６は、網板、格子板等
の複数の貫通孔を有する材料から構成されている。７は
酸素を含むガス（一般には空気）を好気性微生物に供給
するためのガス供給管であり、ガス供給管７の枝路7a及
び7bは仕切り板５及び６を貫通し、反応容器１の底壁部
に沿って延びている。またガス供給管７の枝路7cは、反
応容器１の端板1bと隔壁４との間を通り、反応容器１の
底壁部に沿って延びている。反応容器１の底壁部に沿っ
て延びる各枝路7a〜7cの部分には、ガス放出のためのデ
ィフューザ８がそれぞれ複数個設けられている。なお特
別にディフューザを設けなくても、単に管に貫通孔を複
数個形成しておくだけでもよい。隔壁４と端板1bとの間
に形成された通路９はエアーリフトを構成しており、ガ
ス供給管７の枝路7cに設けたディフューザ８から放出さ
れたガスは通路９を通って上昇する。このガスの放出に
より、流路９を通って上方に向かって流れる酸素を含ん
だ液の流れを形成する。酸素を含んだ液は、隔壁４の上
端部を越えて仕切り板５の上に流れ込む。仕切り板５と
仕切り板６との間には、内部に複数個の不織布製の微生
物担持体が収納された微生物担持体収納用カプセル10…
が収納されている。本実施例のカプセル10は、輪郭形状
が球状をなしており、第１図には図示していないが、カ
プセル10には液体の通過を許容し且つ微生物担持体の流
出を阻止し得る複数個の貫通孔が形成されている。なお
第１図において、Ｌは液面である。

仕切り板５及び６の使用態様は通常３つに分けられる。
すなわち微生物担持体とカプセル10が塩化ビニール（比
重1.40）等のように比重が1.0以上の場合は、下部の仕
切り板６のみでよい。また微生物担持体とカプセル10が
ポリプロピレン（比重0.91）等のように比重が1.0以下
の場合は、上部の仕切り板５のみでよい。更に生物反応
によりガスが発生し、素材の比重が1.0以上の場合は、
上部、下部の仕切り板５及び６の両方を設置する。

反応容器１にかかる有機物負荷が小さく、酸素の供給量
が少なくて済む場合は、ガス供給管７の枝路7a〜7cを全
て設ける必要はなく、枝路7a及び7bと枝路7cのいずれか
一方だけを設けるだけでもよい。

カプセル10の構造は任意であるが、製造及び組立が容易
なものが好ましい。第２図（Ｂ）には、第２図（Ａ）に
貫通孔のパターンを省略して示した２つ割りのカプセル
100を構成する２つの半部101及び102の結合端面側から
見た図を示している。この例では、１種類の半部部材で
２つ割りのカプセル100を構成できるように、半部101及
び102は構成されている。この半部は、所定の幅寸法を
有する環状の結合フレーム103と、一端がこの結合部103
に一体に結合され他端が頂部で相互に結合された湾曲フ
レーム104と、結合フレーム103及び隣接する２本の湾曲
フレーム104に結合されて、複数の貫通孔105のパターン
を形成するパターン用フレーム106とから構成される。
結合フレーム103の内周面内側には、スナップイン係合
片107…と、該スナップイン係合片107…が挿入されて係
合保持される貫通孔108aを備えた係合保持部108が周方
向に所定の間隔をあけて設けられている。本実施例では
１種類の半部だけで２つ割りのカプセル100を製造でき
るようにするために中心線ｌを間にして対称な位置に係
合片107と係合保持部108とが設けられている。

なお実験によると、プラスチック製のカプセルに形成す
る複数の貫通孔105の開口率は、カプセルの直径が200mm
〜400mmの範囲では、58％〜80％程度（好ましくは60〜7
5％）が適当である。開口率の下限は、カプセル内を流
通する液体の量が減少して処理効率が大幅に低下しない
ことを考慮して定められる。また開口率の上限は、カプ
セルの機械的強度を考慮して定められる。

第３図，第４図及び第５図には、第２図（Ｂ）のIII−I
II線断面図、IV−IV線断面図及びＶ−Ｖ線断面図がそれ
ぞれ示してある。第３図に示すように、スナップイン係
合片107は可撓性を有する脚部107aと該脚部107aの先端
に設けられたフック部107bとからなる。係合保持部108
は、第４図に示すように、内部に貫通孔108aを形成する
ように結合フレーム103にコの字状部108bが結合されて
構成される。一方の半部の係合片107のフック部107bが
他方の半部の係合保持部108の貫通孔108a内を通るとき
に脚部107aは撓み、フック部107bが貫通孔108aを通り抜
けるとフック部107bはコの字状部108bの下面と係合す
る。その結果、２つの半部101及び102は結合される。な
お本実施例では、更に両半部の結合強度を高めるため
に、両半部の結合フレームを複数個のプラスチック製緊
縛ベルトで緊縛している。

また第５図に示すように、湾曲フレーム104の機械的強
度を高めるために、湾曲フレーム104の内側面には該内
側面と直交する方向に突出し且つ湾曲フレーム104に添
って延びる補強フレーム104aが設けられている。

第１図に戻って、装置の動作を説明する。注液口２から
反応容器１内に供給された排水は、カプセル10内に収納
された微生物と接触して処理される。本実施例では、好
気性微生物を用いるため、排水中にガス供給管７の枝管
7a〜7cから空気が供給される。処理された排水は、注液
口３から排出される。排水と一緒に流入する浮遊固形物
や増殖する微生物は微生物担持体の内部に捕捉される。
そのため浮遊固形物や過度に増殖した微生物を微生物担
持体から剥離させるために、年に数回はガス供給管から
通常のガス圧の数倍のガス圧で空気を供給してカプセル
内の微生物担持体を洗浄する。本実施例のように複数個
の微生物担持体をカプセル10内に収納すれば、適当にカ
プセルを反応容器内に入れても、複数個の微生物担持体
を反応容器１内にほぼ均等に分散させることができる。

本発明は、上記実施例のような固定床型に限られず、第
６図（Ａ）に示す上向流流動床型の生物反応装置や第６
図（Ｂ）に示す下向流流動床型の生物反応装置にも適用
できる。すなわち微生物担持体及びカプセルの比重が１
以上のものを使用したときには上向流を与え、比重が1.
0以下の場合には下向流れを与えると流動床を形成する
ことになる。第６図（Ａ）及び（Ｂ）において、11は反
応容器、13及び14は仕切り板、Ｐは循環ポンプ、Ｍは流
量計である。例として、第６図（Ａ）のタイプの装置で
排水処理を行う場合について、具体的な構成を明示して
おく。直径が7m,高さが4mの反応容器（約150m³）の約60
％（90m³）に、第２図（Ａ）及び（Ｂ）に示した形状で
直径が25cmのカプセルを入れて排水の処理をする場合に
は6750個のカプセルが必要であった。使用する微生物担
持体は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のプラスチッ
ク繊維から成る不織布を熱圧縮して円筒状に加工したも
ので、直径が30mm〜60mm、厚みが２〜5mm、長さが50〜6
0mmのものを用いた。１つのカプセル内には微生物担持
体を25個程度入れた。

［発明の効果］ 本発明のように、液体及び前記微生物担持体から剥離し
た微生物の通過を許容し且つ微生物担持体の流出を阻止
し得る複数個の貫通孔が形成された複数個の微生物担持
体収納カプセル内に、複数個の不織布製の微生物担持体
を分散して収納すると、微生物担持体から剥離した微生
物をカプセルから排出することができて、しかも液圧や
洗浄時のガス圧を受けても、不織布製の微生物担持体が
変形したり破壊されるのを少なくすることができ、不織
布製の微生物担持体の変形または破壊による偏流の発生
を防止して、液体と微生物担持体との接触効率を高い状
態に維持することができる。

また不織布製の微生物担持体を単に反応容器内に入れた
場合と比べれば、カプセルが仕切り部の機能を果すた
め、反応容器内にほぼ均一にカプセルを存在させること
ができ、反応容器のスペースを有効に活用できる。

請求項２項の発明のように、カプセルの輪郭形状を球状
にすると、貫通孔の開口率を高めた場合でも、カプセル
の機械的強度を比較的高い状態に維持することができ、
しかも適当に反応容器内に複数個のカプセルを入れた場
合でも、所定のスペース内に略均等にカプセルを収納す
ることができて、カプセルの収納作業を極めて容易にす
ることができる。またカプセルの輪郭形状を球状にする
と、微生物担持体のカプセル内での移動が容易となり、
洗浄効率が高くなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の概略断面図、第２図
（Ａ）は貫通孔を省略した２つ割りのカプセルの形状を
示す図、第２図（Ｂ）はカプセルを構成する半部の底面
図、第３図は第２図（Ｂ）のIII−III線断面図、第４図
は第２図（Ｂ）のIV−IV線断面図、第５図は第２図
（Ｂ）のＶ−Ｖ線断面図、第６図（Ａ）及び（Ｂ）は本
発明の他の実施例の概略構成図である。 １…反応容器、２…注液口、３…排液口、４…隔壁、5,
6…仕切り板、７…ガス供給管、８…ディフューザ、10,
100…微生物担持体収納用カプセル、101…第１の半部、
102…第２の半部、103…結合フレーム、104…湾曲フレ
ーム、105…貫通孔、106…パターン用フレーム、107…
スナップイン用係合片、108…係合保持部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】注液口と排液口とを有する反応容器と、 前記反応容器内に収納された複数個の不織布製の微生物
   担持体とを備え、 前記注液口から供給された液体を前記複数個の微生物担
   持体に担持させた微生物と反応させて処理した後に前記
   液体を排液口から排出する生成物反応装置であって、 前記液体及び前記微生物担持体から剥離した微生物の通
   過を許容し且つ前記微生物担持体の流出を阻止し得る複
   数個の貫通孔が形成された複数個の微生物担持体収納カ
   プセル内に、前記複数個の微生物担持体が分散して収納
   されていることを特徴とする生成物反応装置。
2. 【請求項２】結合手段によって結合されると球状の輪郭
   形状を有するカプセル体を形成する第１の半部と第２の
   半部とからなり、 前記第１の半部及び第２の半部にはそれぞれ液体及び微
   生物担持体から剥離した微生物の通過を許容し且つ前記
   微生物担持体の流出を阻止し得る複数個の貫通孔が形成
   されている微生物担持体収納用カプセル。