JPS6111136A - 処理さるべき流体の一様な分布を保証する手段を備えた流動床反応器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ｆ＆体特に液体更に特別には水の生物学的処
理のための流動床反応器に関するものである。この種の
反応器は、床を通過する流体の上向の流れによって該流
体中に懸濁される粒状の固体材を含む。前記通過の間に
流体の生物学的処理が行われる。流動床は、連続的に運
動し処理すべき流体にすべての面を曝らしている固体材
膜の非常に大きな比表面積を提供する。

このような流動化技術はよく知られていて、多数の化学
反応、熱交換作業、燃焼作業その他、並びに水の嫌気的
、好気的生物学的処理を実行するに適用されている。水
のそのような処理の間、流動化作用物質は処理すべき水
であり、それと共に気体の供給又は発生があることもあ
り、ないこともある。粒状材の一様な層を通して流体即
ち水を所与の均一な垂直方向速度で送り始めると、該層
の膨張が起こる。このとき粒は最早凝集せず動的状態に
ある。流体に許される通過断面積は増大し、上向き速度
のある限度に至るまでは１粒は重力と流体による同伴力
の間の平衡にある０粒状材の流動化を保証する流体速度
の範囲内で、粒状材床の上表面は、乱れているにしても
、容易に調節することができ実質的に水平である。床の
膨張は１０％より大きく、最初の静止せる床の体積を基
礎として通常は２０％と６０％の間にある。

水の処理に用いる固定床上の遊離培養反応器又は不動化
培養反応器の如き従来の処理技術に比較した、流動床技
術は多くの利点を提供する。流動床技術では、純化すべ
き水と粒土に増殖したバクテリア塊との間の優秀な接触
が得られる。固−液接触面の更新が行われる。汚染物質
の持込みにより小さい圧力損失が起こるに過ぎない。

その上生物学的流動床反応器は、固定床上の遊離培養反
応器及び不動化培養反応器による従来技術で許される装
入量より遥かに大きい装入量が可能であることが知られ
ている０例えば、作用気体である酸素の拡散収量が問題
になる好気的プロセスと異ってそのような問題がなく、
流動床反応器に特によく適合する嫌気的プロセスでは、
工業排水特に農業飼料工業で行なわれる種々のプロセス
から由来する排水を処理する流動床で、３０乃至５０Ｋ
ｇ　　ＣＤＯ／ｍ３／日の装入量が可能である。又流動
床技術は、地下水から硝酸塩を除去するに非常に適合す
る。

しかしながら、過去の流動床技術はある種の固有の欠点
を持ち、この種の反応器の工業的使用の展開は阻まれて
きた。具体的に云うと、流動床反応器の底で処理すべき
流体を確実に均一に分布させる信頼できる単純で容易な
工業的規模の流動床を提供することが困難であった。他
方において、小規模実験室施設及びパイロットプラント
施設による多数の研究は、純粋にバイ才力イネティック
スの観点から流動床反応器の重要性と長所を確かめてい
る。事実、処理すべき流体の均一分布とそのような均一
分布の常時成立は流動床反応器を実用するに基本的なこ
とである。不均一な分布は遅延をもたらし、不充分に攪
拌される帯域と高度に乱流になった帯域を招来する。そ
れにより、性能は減迫し、粒状材の損失も起こる。

反応器の底に用いて流体特に水の一様な分布を保証する
装置は如何なるものであっても、処理すべき原水の性質
に適したものでなければならない。特に、（工業から出
る又は家庭から出る）廃水が含まれている場合には、そ
のような装置は、水中に懸濁している寸法の大なり小な
りの異物の存在に感応するようなものであってはならな
い。

加うるに、装置は、該装置中にバクテリアが増殖しその
結果、固体表面上に多かれ少なかれ煩わしい粘着性の沈
積物が形成されることに対し感応するようなものであっ
てはならない。

例えば米国特許第４，２０２，７７４号及びヨーロッパ
特許第０．０９０，４５０号に公開されている如き既知
の供給装置は、一般的に反応器の底部にある複数個の液
体注入ノズル又はオリフィスを含む、これらの装置は、
反応器中の固体粒状材の過度の乱流を避けるには大体満
足なものであるが、やはりある種の短所を持っている。

具体的にいえば、処理すべき水の中に含まれた又は懸濁
された体積の大きい材料が随時供給オリフィス又は供給
ノズルの一つ又は多数を阻止し。

それにより反応器の全表面にわたる又は粒状材層の一横
断面にわたる水の正しい一様分布を妨げる。こうなると
、良くても供給配置の維持が不安定になり、処理すべき
水を確実に定常的に一様に分布させることは非常に困難
になる。

以上の検討に留意して、本発明の一目的は、流動化すべ
き粒状処理作用材層の底に処理すべき流体を一様に分布
させることが保証できる改良装置を提供するにある。

本発明の他の一目的は、先行技術の前記欠点及びその他
の欠点を克服できる改良装置を提供するにある。

本発明の更に具体的な目的は、処理すべき流体が大きな
寸法の物質又は異物を含み又は懸満していても及び又は
バクテリアの増殖が起っていても、大規模の流動床反応
器に信頼できる安定な様式で処理すべき流体を規則的に
又一様に供給する装置を提供するにある。

これらの品目的に、本発明によれば、流動化すべき粒状
処理作用材の下に位置した粒状移送作用材の層を備え、
粒状処理作用材の流動化を行うに足りる速度で上方粒状
処理材中に流体の均一な分布と均一な拡散を惹起する運
動を、前記粒状移送作用材に与えるに充分な速度と条件
下に処理すべき流体を粒状移送作用材中に導入する手段
を備えることにより完遂される。このようにすれば、処
理すべき流体は粒状移送作用材から粒状処理作用材中に
一様に導入され、粒状移送作用材は流体の粒状処理作用
材中への伝播速度の一様な分布を確保するように働く。

本発明によれば、反応器は重ねられて連接された複数個
の囲いで限定された単一のケーシング又はハウジングを
持ち、該囲いのうち下部の１個は粒状移送作用材を含み
、１個又は複数個の上部の囲いは粒状処理作用材を含む
、上部及び下部の囲いの寸法は、粒状移送作用材が上方
に流動化されず流体の生物学的処理に参加しないような
ものである。処理すべき流体は、下の囲い接線方向に延
びた単一の管によってすべての下の囲い中に導入される
。流体は粒状処理作用材の流動化を確保するに充分な高
速度、具体的には毎秒１．５乃至３．５腸の呼称速度で
導入される。上部及び下部の囲いは、粒状移送作用材が
専ら処理すべせき流体を粒状処理作用材層に移送する作
業のみをするようにつくられ寸法定めされている。粒状
移送作用材自体は流動化状態にならず、流体の生物学的
処理に参加しない、従って、粒状移送作用材は供給分布
帯を形成し、これに対して粒状処理作用材自体は、生物
学的反応器の作業領域である流動帯を形成する。粒状移
送作用材を含む下方の囲いの内で消失する動力は５００
ｗ／ｍ３より大きい０粒状移送作用材の運動の迅速な立
上りにより、線材がバクテリアの増殖により生物学的に
被覆されることを避けることができる。このよう和する
と粒状移送作用材は生物学的反応に参加せず、安定な物
理的特性を維持し、従って、線材によるエネルギー消失
の機能及び分布機能は調整しなくても確保される。他方
に於いて、粒状処理作用材を通過する流体の速度は、生
物学的処理に用いられるバクテリアの被膜の発達を許す
ようなものである。

本発明の他の一面では、反応器から粒状処理作用材を取
出し、このように取出した粒状処理作用本発明の他の一
面では、反応器から粒状処理作用材を取出し、このよう
に取出した粒状処理作用材を再生しく例えば、増殖した
過剰のバクテリアを除＜）、このように再生された粒状
処理作用材を反応器に戻す手段を備える。この再生手段
は、好適には、再生された反応器に戻される前に粒状処
理作用材を強力に循環させる配置を含んだ外部に置かれ
た洗浄器を含む。

本発明の他の目的、特徴、利点は、本発明を制限するも
のではなく本発明を例示するに過ぎない１本発明の好適
実施態様を添付図面を参照しつつ述べる以下の記載から
明らかになる。

添付図面の第１図には、水の生物学的処理のための流動
床反応器が示されている０反応器は、下部の囲いｌとそ
の上方に重ねられた上部の囲い２で形成された単一のハ
ウジングを含む、下部の囲いはｈ　の高さとＤｌの直径
を持つ、上部の囲いは直径Ｄ　と高さｈ２を持つ、上部
の囲い２と下部の囲いｌは円錐台形部材２ａによって連
接されている。

囲いｌには粒状移送作用材Ａが充填され、囲い２には、
流動床を形成すべき粒状処理作用材Ｂが充填されている
。処理すべき水は、単一の管４を通して材Ｂの流動化を
確保する速度で囲いｌ中に接線方向から導入される。こ
の速度、正規には呼称流量１．５乃至３．５　ｍ　７秒
であり、材Ａの粒の上のバクテリアの増殖を防止するに
充分な材Ａの運動の迅速な立ち上りを保証するものであ
る。このようにして、処理すべき水の単一管４による接
線方向への導入は、囲いｌ内で水及び材Ａの旋回運動を
惹起こす。その結果、水は一様に分布され、水は一様な
様式で材Ａから上方囲い２内の粒状処理作用材Ｂの中に
拡散し、それにより材Ｂは流動化される。従って、本発
明の配置は材Ｂの底への水の均質な分布を確保するもの
である。

下部の囲いｌの頂部には輪状の転向板５があり、囲いｌ
と２を連通させるオリフィスを持つ。

転向板５には案内羽根６を備えて、流動化された材Ｂの
下の方の層の回転を防止し、水流を大体上向きに調節す
ることと一様に分布させることを確保することもできる
。

囲いｌと２の直径と高さは次の関係を満すように選ばれ
る： 又、転向板５を貫くオリフィスの直径ｄは次の関係にあ
る： １．２　＜　−＜１．５ 本発明に従ってとられた上記配置により、材Ｂの流動床
中の水の速度、反応器の全断面積にわたって一様となり
、材Ｂの床を２０％乃至６０％膨張し、しかも材Ｂの反
応器の外への連行を惹起こすこともなければ、材Ｂの粒
の上に増殖した生物学的被膜を剥離すすることもない。

第１図に示されたように、上部の囲い２は第三の囲い３
によって延長され、両者は上に広がる形の円錐台形部材
７によって連接されている。若し反応器の内で起こる醗
酵が、空気の不存在の下に、及び又は制御された雰囲気
中で、及び又は加圧の下に進行することが必要ならば、
反応器の頂部は上部の蓋板９によって密閉される。この
蓋板には、反応又は反応の残　から生じた気体を補集し
排出させるに役立つ装置を備えることもできる。囲い３
の内部には、処理された水を清澄化し補集するに必要な
構造があり、処理水は排出口８から排出される。

第２図の実施態様は、重ねられ互いに円錐台形部材によ
って連接された複数個のＬ布の円筒形囲い２、ｉｏ、ｉ
ｔ、１２を備え、すべてのこれらの囲いは流動化さるべ
き粒状処理作用材Ｂを含んでいる点で、第１図の実施態
様と異なる。粒状処理作用材Ｂを含み重ねられた囲い数
と無関係に。

囲いの高さと直径は本発明によれば次の関係を満足する
ように定められる二 更に、囲み２の」二に追加された各上部の囲いｎは次の
関係の直径Ｄ　と高さｈ　とを持つ：ｈ。

−＞１．２ 医 加うるに、そのような囲いｎの直径Ｄ　とその直下にあ
る囲いの直径Ｄｎ−１の比は次のようである：反応器の
操作を開始すると、粒の大きさによる分級が起こる。す
なわち、最も細かい材膜は反応器の床の上部に流動化さ
れ、より粗大な粒は床の下方の部分で流動化される。従
って囲いの数を増加させると流動化された粒状材床の膨
張割合はより均一にすることができる。

材のコロニー化が起ったとき、すなわちバクテリアの増
殖が進行したとき、増殖による粒状材の密度の変化によ
る分級が、上に記載された単純な粒の大きさによる分級
につけ加えられる。事実に於いて、材膜が生物学的被膜
によって覆われたときその見掛けの密度は減少し、材膜
が清浄化され再生されたとき従って生物学的被膜を除か
れたとき、その密度は増加する。従って、反応器の小さ
い直径の領域は、最も粗大な粒並びにそれより直径は小
さくても殆どコロニー化されていない粒が含まれる。こ
の領域は、被処理物質の濃度が最も大きい領域である。

従って自動調整系が成立っている。

粒状移送作用材Ａとして及び粒状処理作用材Ｂとして、
種々の種類の材質を用いうることは、当業者には了解さ
れるものと信ぜられる。そのような材質としては、反応
器中で演するように予定されたそれぞれの役割に応じて
選ばれた特性を特つ材質の組合せが有利である。

使用しうる材質Ａ、Ｈの組合せとして次の例がある： しかしながら、これらの材質の特定の組合せは例示とし
て挙げられたものに過ぎない、その他の種々の材質及び
材質の組合せを用いても前記機能及び本発明の操作様式
を遂行できることは当業者に了解されるであろう。

本発明の特徴により、処理すべき水のための単一導入管
を用いて、上限１０ｍまでの直径の流動床反応器を構築
することができる。

これまでの記載では、囲いを円筒形を定義してきた。し
かしながら、本発明に於いては、囲いの形は、円筒形以
外のものでもよい、すなわち非円形の断面を持っていて
もよい、このような配置では、重ねられて互いに隣接す
る囲いは種々の台形の部材例えば切頭ピラミッド形の部
材で連接されることになる。その場合には、第１図に示
された前記寸法例えば直径Ｄ　及びＤ２は、それぞれの
■ 囲いの特定の断面の内接円の直径となる。

反応器の運転の間に、粒状処理作用材Ｂは漸次バクテリ
アの被膜で被われ、その厚さは絶えず増大する。従って
材Ｂは水に対して次第に軽くなる傾向があり、故に定期
的に過剰のバクテリア塊を除かなければならない。この
ことを遂行する、すなわち材Ｂを再生する一つの可能な
方法は、内部で例えば気体乳化機の如き手段を用いて内
部循環を行わせる洗浄器中に材Ｂを通すにある。気体乳
化機に用いる気体は好気性プロセスの場合は空気又は酸
素富化空気であり、嫌気性又は無酸素プロセスの場合は
反応器中の醗酵で生じた気体であるう。第３．４図はこ
の種の再生装置の構造を示す。そこでは、１個又は複数
個の回収手段１４が、反応器の内の流動床の上部に配置
される。ポンプ１６が回収手段１４を通して材を取出し
、管１５を経て、内に乳化機１８を持った囲いの形の洗
浄器１７に送る。乳化機は、気体供給管１９によって送
られる気体により内部循環を確実に行わせる。この内部
循環によって材の可成りの攪拌が行われ、材は過剰の有
機物の被覆を脱離させる。

吸引管２１を備えたコンプレッサー２０により気体を所
要の圧力で乳化機に供給する。嫌気性プロセスの場合に
は、洗浄器の上部の気体で充満した室を蓋２２で密閉し
、管２３で可変容積貯蔵室（図示せず）に接続する。吸
引管２１’を洗浄器の上部の室に通ずる。

材Ｂの再生は次のように行われる。すなわち、再生を要
する材Ｂと水を洗浄１７に移送する。得られた懸濁液は
、気体供給管１９から圧縮気体を供給されて、乳化機１
８を通って循環する。この循環を停止し、管２４からあ
る量の洗浄液を送出すると、剥離された被膜の粒子は上
方に動き１回収装置２５と管２６を通って洗浄器から排
出される。このようにして再生された材Ｂは、管２４を
通って供給される洗節液に助けられて、管２７を通って
反応器に返される。これらの操作は連続的に行うことも
でき、不連続的に行うこともでき。

オートメーションに適する。

本発明をその好適特徴に関連させて記載し図示してきた
が、本発明の範囲内にて具体的に記載図示した配置に種
々の変化変更をなしうろことを了解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の反応器の一実施態様の略図による断
面図である。第２図は、第二の実施態様の第１図と同様
な図である。第３図は、同様な略図であるが、粒状処理
作用材を再生する配置を備えた本発明の反応器を示して
いる。第４図は、再生系の略図による断面図である。 １−・・下部の囲い、　２・・・上部の囲い、２ａ・・
−円錐台形部材。 Ａ・・・粒状移送作用材。 Ｂ・・・粒状処理作用材、 ３・・Φ第三の囲い、　　４・・拳管、５・・・転向板
、　　　６・会・案内羽根、７争拳・円錐台形部材、８
・・・排出口、９会・・蓋板、 １０．１１．１２・・・上部の囲い、 １４−・・回収手段、　　１５・・・管。 １６−φ・ポンプ、　　１７・・・洗浄器、１８争・・
乳化機、　　１９・・・気体供給管２０・・争コンプレ
ッサー、 ２１．２１’・・拳吸引管、　　２２−・・蓋、２３．
２４・・・管、　２５−・・回収装置、２６．２７・・
争管、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）粒状処理作用材を含み、該粒状の間を通って処理す
   べき流体が上向きに流れ、それによって該粒状材が流動
   化され、その間に該流体の生物学的処理が行なわれる流
   体、特に液体、更に特には水の生物学的処理のための流
   動床反応器に於いて、前記粒状処理作用材の底部への前
   記流体の均一分配を保証する手段が、該粒状処理作用材
   の下側に位置した粒状移送作用材と；粒状処理作用材の
   流動化を行うに充分な速度で上方粒状処理作用材中に流
   体の均一な分配と均一な拡散を惹起する運動を、前記粒
   状移送作用材に与えるに充分な速度と条件下に処理すべ
   き流体を粒状移送作用材中に導入する手段とを含むこと
   を特徴とする改良流動床反応器。 ２）前記粒状移送作用材を含む１個の下部の囲いを、前
   記粒状処理作用材を含む少なくとも１個の上部の囲いを
   含む複数個の重ねられた囲いで定まる単一のハウジング
   を含みんでなり、前記上部と下部の囲いは、前記粒状移
   送作用材が上方へ流動化することを防止し、流体の生物
   学的処理に参加しないような寸法につくられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の改良流動床反
   応器。 ３）前記導入手段が、粒状移送作用材中へ流体のすべて
   を導入するための、前記下部の囲いに接線方向に延びて
   いる単一管であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の改良流動床反応器。 ４）囲いが円筒形であり、台形部材で連接されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の改良流動床
   反応器。