JPH0789902B2

JPH0789902B2 - 生物反応装置

Info

Publication number: JPH0789902B2
Application number: JP15516887A
Authority: JP
Inventors: 繁樹沢田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPS642567A

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。
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、この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
（特開昭61−2652号。以下、「先願II」という。）を提
案した。上記先願Ｉ及びII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Ｉ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（特開昭61−23472号。以
下、「先願III」という。）先願III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離膜面に接
触することにより、膜面の濃度分配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きるという
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］本発明の生物反応奏装置は、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離膜の透過液を
吸引により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、槽体上部より抜き出した液の吹込手
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〜III、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、
反応槽内に流動槽が形成され、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。しかも、
吸引による負圧で透過液を取り出すことからも、次のよ
うな作用機構によりゲル層の剥離を促進することができ
る。即ち、吸引による透過液を取り出し、その後、吸引
を停止した際は圧が開放される。この開放により、膜が
振動し膜面に形成されたゲル層がゆるむ。ゆるんだゲル
層は流動担体の接触により用意に剥離される。

このように、吸引と担体の接触による両方の相乗効果に
より、ゲル層の剥離効果が向上し、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Ｉ、II、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
持できることは、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。

特に本発明では、槽体上部より抜き出した液を循環し
て、槽体内の分離膜の下方において吹き出させるため、
次のような効果が奏される。

即ち、導入された原水のうち、十分な生物処理を受けな
かったものは、分離膜を透過せず、再度槽下部の吹込手
段に循環され、微生物担体と再び接触して生物分解が促
進されるため、十分な生物分解が成される。これによ
り、膜面への生物スライムが付着しにくくなり、膜面の
濾過抵抗の増大が抑止される。

［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P₁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糸膜）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。

この分離膜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）と連通する排出管13が設けられ、透過液を図示しな
い真空ポンプで吸引して処理水として槽体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0.5〜2.0
mm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P₁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拌流されて分離膜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、分離膜９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を槽体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
離膜10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（膜面流
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して透過側に負の圧力をかけ
ていることにより、より一層高い透過水圧を得ることが
できる。

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、又はチューブラー膜等が好適である。こ
のような中空糸型膜であれば、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。

この分離膜の種類としては、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。例えば
廃水処理に用いる場合には、孔径0.5〜0.05μｍ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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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吸引により槽
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、槽体上部より抜き出した液の吹込手段を設けたこ
とを特徴とする生物反応装置。
【請求項２】分離膜は中空糸膜、キャピラリー膜又はチ
ュ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。