JPS62244384A - 固定床形反応器内においてガス発生の下でバイオテクノロジ−プロセスを実施するための方法およびこの方法を実施するのに適した装置 - 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、微生物が成長する担体を備えている反応容器
内でガス発生の下に行われるバイオテクノロジープロセ
スを実施するための方法並びに液体供給兼排出部および
ガスを抽出および場合によっては供給するための手段と
を備えている固定床−管形反応器内で上記方法を実施す
るための装置に関する。

数多くのバイオテクノロジープロセスはガス放出の下に
行われる。即ち、嫌気１牛分解工程にあってはバイオガ
ス（ＤＭＡ　）が、嫌気性醗酵工程にあってはＣＯｚが
発生する。ガス発生の下に経過するバイオレアクション
の他の例としては細菌膜窒素作用があげられるが、この
脱窒素作用にあっては硝酸塩は間接的な反応媒体として
の適当な細菌並びに有機物質の存在下で酸素の少ない或
いは酸素を含まない反応条件下で分解される。

この反応を実施するには細菌による反応が行われる細菌
が成長する担体を備えている多重柱状固定床反応器が使
用される。この反応器による作業の際、特に反応器が大
型になるに連れてバイオレアクションに伴って生じるガ
ス発生による諸種の問題が生じて来る。即ち、発生した
ガスが細菌成長する担体から遅延してしか溶解されず、
反応工程の進捗に伴って細菌で覆われた活性の表面の部
分的な不機能が誘起されかつろ過抵抗の増大を招く。即
ち、流過率が最適ではなく、また一定の比率をもって行
われない。

有機物質が供給される硝酸塩を含有している水に配量さ
れるか或いは合成物質−充填物質から拡散により使用さ
れ固定床反応器内での脱窒素作用の際の上記の現象は詳
しく研究されて来た。細菌主反応の際Ｎ２が発生し、こ
のＮ２の細菌で覆われた充填物質からの脱離には問題が
ある。

本発明の根底をなす課題は、ガス脱離を増強するための
方法提供すること、およびこれに伴い細菌による反応の
改善することである。

この目的のために開発された本発明による方法の特徴と
するところは、発生したガスの結合（Ｚｕｓａｍｍｅｎ
ｓｃｈｌｕＢ）と固体からの脱離を担体配列体へ機械的
な作用を加えることによって良好にすることである。

機械的な作用としては、−特に細菌が成長する充填物質
のための基質として互いに上下に並列して設けられてい
る振動皿を備えている反応器の場合一連続的な或いは間
欠的な振動作用が適している。

しかし、上部領域内においてガスを放出するための開口
を備えており、ばら物によって完全に充填されておらず
、特に１０〜３５％、特に１５〜２０％の自由空域を有
しかつその縦軸を中心にして回転運動或いは揺動運動す
る、円筒形の容器内に収容された、水平面に対して少な
くとも３°、特に約５６〜１０＠傾斜している縦軸を備
えている概して水平なばら物床を使用するのが特に筒車
でありかつ有効であることが判った。

回転運動或いは（洗浄機ドラムの運動に相当して右およ
び左方向に例えば３５０°の角度での）揺動運動は連続
的に或いは間欠的に適当な時間間隔をおいて行われる。

周期時間は１０〜２５分および回転速度は０．２〜１０
回転／分であるのが有利である。軸駆動機構成いは（管
ジャケットにおける）摩擦駆動機構が有利である。

ガス放出のための装置としては特に、最高点を通過する
際開口を解放するためのカム機構のような装置との組合
わせでの一つ或いは多数の開口を開閉するための弁機構
（特に開閉ばねを備えている円錐弁）を備えている管ジ
ャケットの比較的高い位置に存在する端部に設けられて
いる一つ或いは多数のガス放出−開口が適している。

回転可能な管形反応器は、液体供給および回転管内の液
体水準がガス捕集室を区画している際上方への流れ経過
をとる液体排出用の軸方向の管或いは中空軸を備えてい
る。ガス案内には、中空軸を通して案内されていてかつ
反応器内において分割作用を行う端面側の篩板の後方で
北方へと引通されていてかつ中空軸を通して案内されて
いるガス導出管が働く。

このような反応器にあっては自由空域を残している固定
床の微生物が成長する充填物はゆっくりとした回転によ
り運動させられ、従って比較的長い時間の気泡の付着が
阻止されかつガスが最高点において集まり、其処から連
続的に或いは漸次排出される。

反応器の内壁に沿って開口、スリット或いはノズルを備
えた軸平行な管体が設けられており、かつこの管体が（
スリットを備えている）リブ状の突起で保護されている
のが有利である。篩ドラムの後方でも担体の崩壊に対し
て保護されるように設けられる上記のような管体を介し
て、処理作用を行う液体はジャケット面−帯にわたって
配分されるように供給される。しかし、特に有利な適用
にあっては、例えばエタノールからの古典的な酢酸製造
、コリネハクテリウムグルタミクウムを用いてのアミノ
酸の製造のような酸素消費の下でのガス消費を伴う生物
工学工程を行うためにおよび嫌気性廃水処理のためにジ
ャケット管を備えた回転反応器が役立つ。

以外にも回転反応器内においてジャケット管を介してこ
のように酸素を供給することにより一公知の様式の酸素
の効率的な導入或いは混合のための他の装置では達し得
ない一特別激しい０２−供給が達せられることが判明し
た。

最も低い位置にある端部に設けられている中空軸を介し
てポンプにより或いは適当な水準差により送られる液体
は（特に篩を経て）固定床内流入し、この固定床内で微
生物による物質変換が行われる。この固定床は円筒形の
反応器の回転により常時或いは間欠的に循環し、この循
環は反応器の内壁に設けられていてかつかつこの反応器
に高い剛性を与える縦リブによってスリップを伴うこと
なく助勢される。

所望の反応度もしくは浄化効率に適合された平均した滞
留時間の後処理された液体は第二の中空軸を通り篩を経
て反応器から流出する。

雨中空軸は特に剛性であり、水密な軸受を介して回転管
と結合されておりかつ液体のための供給もしくは排出導
管によって延長されている。

これらの供給管および排出導管から、発生するガスが集
まるだけの残余空間を残すように反応器内の液体水準を
調節するのに充分な高さにまで排出部が到達する。

本発明の実施態様により、充填物質を含んでいる適当な
回転管体はその最も高い位置にある端部に、特に固定床
長さの約５〜ｌＯ％以上にわたって延びておりかつ母線
に沿っているガス放出開口或いはガス放出スリットを備
えたカラーを備えている。この回転管体は幾分大きい固
定されている円筒ジャケット内で端面側に設けられてお
り、この円筒形ジャケットはガス放出接続管を上端部に
備えており、同じ端面側で上記の接続管の下方に液体流
出口を備えている。

このようにして、ばら物を備えている回転管体は液体ジ
ャケット内でｒ浮動」し、これにより回転のためのエネ
ルギー消費が低減される。

以下に添付した図面に図示した実施例につき詳しく説明
する。

第１図により管状の容器１はバイオテクノロジープロセ
スの際発生するガス−このガスは管体４を経て篩５の後
方で逃げる−が集まる残余空域を残して、微生物が成長
する充填物で充填されている。

鎖線６で傾斜している反応器内の液体水準を示した。こ
の液体水準は流出側の中空軸９の上方に通じている延長
導管８内で形成する流出側水準７に相当する。流入側に
おいて同様に中空軸重０が反応管体と剛性に結合されて
おり、この中空軸は（図示していない）回転結合部を介
して供給導管と接続している。

篩５と（場合によっては流入して来る液体のためにある
程度案内機能を行う）１１は管空域を中空軸に対して閉
じており、この中空軸は軸受台１２．１３内に軸受され
ている。参照符号１４でドラム駆動機構を備えている支
持台を示した。

第２図による配設は第１図の配設と類似しているが、こ
の配設ではガス案内のために弁１６を備えている開口１
５のカラー並びにカム機構１７が設けられている。この
カム機構が通過した際ばね負荷されている円錐弁が開か
れる。

第１図或いは第２図による回転反応器はその内壁におい
て縦リブを備えており、この縦リブは回転運動の際ある
程度材料の帯行を行う。特に、これらの縦リブは比較的
偏平であり、その取付は径は特に反応器半径の１０％以
下である。

比較的大きな設備のための優れた実施態様にあっては、
反応器の内壁に沿って液体のための或いはガス特に空気
のガス処理反応を行う際の供給導管用の、全長にわたっ
て配分された開口を備えている管体１８が設けられてい
る。この管体は、第３図に図示したように、ばら物に対
して支持篩１９により或いはスリットが形成されている
突起により反応器壁に対して平行に遮蔽されている。

第４図による特に小型の設備にとって有用な装置にあっ
ては、傾斜した回転反応器２１は前方に接続されたー位
置２３において連続して硝酸塩を含んでいる水が送りポ
ンプ２４により水流過量を正確に配量するための制御弁
２５を介して導入される一柱形反応器２２と結合してい
る。この柱形反応器２２は篩板２６間に充填物２７とし
て例えば不活性な合成物質か粒（例えばＮ１ｔｒｅｘ■
−フィルタ物質或いは他の適当な充填物質）を有してい
る。この充填物はその多孔性の或いは粗い表面構造によ
り脱窒素作用細菌にとって好都合な移住帯域を提供する
。

柱形反応器２２内において第一の分解段が開始され、こ
の分解段にあって硝酸塩は細菌により充分に亜硝酸塩に
還元され、水は酸素から分離される。

水の流動速度は、柱形反応器２２の流出口２８において
高い亜硝酸塩含有量が測定可能でありかつ反応器の上方
三分の一内において気泡の形成が認められないように制
御される。

水は結合管２９を経て更に回転反応器２１に導かれる。

回転結合部と軸受とを備えている中空軸３０を経て水は
回転可能な反応器−内管３１内に達する。この内管はほ
ぼ３／４が脱窒素作用細菌が成長する適当なか粒３２で
充填されている。ここにおいて第二の脱窒素作用段が行
われ、この場合窒素ガス（ＮＺおよび／または亜酸化窒
素（Ｎ、の形成が行われる。即ち、脱窒素作用の最終段
（硝酸塩−亜硝酸塩一呼吸）として主として窒素がガス
状で遊離され、内管３１の上方領域内に設けられている
ガス逃しスリット３３から約８０容量％の窒素を含有す
る空気内に放散する。

充填物３２の表面における細菌の活性を抑制する気泡の
付着を回避するために、内管３１は０〜工５分毎にモー
タ３４により０．２〜３分／回転で３分にわたって回転
される。回転管を連続的にその縦軸を中心にして運動せ
さることは必ずしも必要ではない。最大流過量を重要視
しない場合、内管３１は例えば１５分毎に回転させられ
る。この工程は同時に反応器を５°〜１５°の角度で傾
斜して支承することによって好都合に行われる。窒素ガ
スは最終的にガス排出導管３５え経て装置を去る。次い
で硝酸塩含有量の少ない水はジャケット３７内の水流出
口３６を経て同様に装置から吸取られる。

回転反応器による作業の際、固定床の孔空間からもしく
は装置からガス排出開口を経て連続的にガスを導出する
ことによりマトリックス表面における妨げられる口上の
ない細菌成長が可能となる。更に、主として脱窒素作用
細菌の分解活性が行われる充填物の表面における妨げら
れることのない水の流通が補償される。水と細菌間のマ
トリックス表面における接触を阻止する回転反応器内に
おける流過溝の形成はここでは行われない。

二段階の硝酸塩の分解の充分な空間的な分離は反応器２
１と２２において滞留時間の最適化を伴って行われ、従
って柱形反応器２２内においては特に硝酸塩の亜硝酸塩
への分解のみが（気泡形成を伴うことなく）行われかも
しくは酸素含有量が零に低減される。その際一方回転反
応器２１内においては亜硝酸塩の窒素段階迄のもしくは
Ｎ２への分解が行われ、バイオテクノロジープロセスに
特に有利である。

第５図に図示した振動皿形−柱形反応器にあっては硝酸
塩を含有している水は送りポンプにより或いは静液圧的
な圧力差に基づいて弁により制御されて流入口３８を介
して反応室内に送られる。反応器は八つの（或いは個々
の振動皿に対するあまりに高過ぎる面負荷を回避するの
に充分な他の数の）互いに重なり合った反応室３９を備
えており、これらの反応室は固定床として働きかつ中空
カラー４０を介して中実軸４１に支承されている。中空
軸自体は軸受台４２内で案内されている。磁石コイル４
３と圧縮ばね４４は、反応室が中空軸を介して垂直方向
で振動運動することが可能であるように働く。

反応器を作動させる際、室に適当な充填物４５が装填さ
れる。この充填物はその表面構造により脱窒素作用細菌
にとって最適な移住帯域を提供する。室底部において、
しかも部分４６において、中心点から外方へと半径方向
で指向している開口が設けられており、これらの開口は
脱窒素作用されるべき水の反応室内への妨げられること
のない流入を可能にする。

充填物／細菌の活性的な接触面における脱窒素作用工程
の経過中に形成された気泡はガス流出口４７を経てガス
導出案内部４８に沿って反応室から逃げる。充填物にお
ける気泡の万一の付着を回避するため反応室は中実軸を
介して振動させられ、これにより気泡は傾斜している室
カバー４９に沿って問題無く導出される。次いで、この
ようにして個々の反応室がら上昇して来る気泡は開口５
０を経て反応室を去る。処理された水は流出口５１を経
て吸引される。

傾斜して設けられていて、回転しかつ細菌が成長するば
ら物固定床内における細菌による脱窒素作用は水の再生
、特に水中動物の水槽或いは集約飼育から出る海水の再
生にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は篩板の後方の回転容器の内部に上方で設けられ
ているガス導出管を備えた傾斜している回転管形反応器
の図、 第２図は弁開閉部を有するガス放出開口を備えた反応器
の図、 第３図は円筒壁における縦孔の配設の小さな断面図、 第４図は脱窒素作用前段と組合わされた「浮動ｊする回
転反応器の図、 第５図は他の実施例による振動皿形反応器の図。 図中符号は、 １・・・反応器 １０・・軸受 １４・・駆動手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微生物が成長する担体を備えている反応器内でガス
   発生の下で行われるバイオテクノロジープロセスを実施
   するための方法において、発生するガスの結合と固体か
   らの脱離を担体配列に機械的な作用を加えることにより
   良好にすることを特徴とするバイオテクノロジープロセ
   スを実施するための方法。 ２、機械的な作用を連続的な或いは間欠的な振動により
   達成する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、機械的な作用を一般的に水平なばら物床にあって縦
   軸を水平面に対して少なくとも３°だけ傾斜させること
   によりおよび床をその上方に自由空域を持たせてこの軸
   を中心にして回転運動させることにより誘起する、特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ４、バクテリア脱窒素作用において、特に手前に硝酸塩
   −亜硝酸塩−分解工程を有する第二の（亜硝酸塩−分解
   ）段として使用する、特許請求の範囲第１項から第３項
   までのいずれか一つに記載の方法。 ５、液体供給および液体導出導管およびガス取出しおよ
   び場合によってはガス供給するための手段を備えている
   、微生物が成長する担体を備えている反応器内でガス発
   生の下で行われるバイオテクノロジー工程を実施するた
   めの装置において、反応器（１）を特に水平面に対して
   少なくとも３°、特に約１０°だけ傾斜しているその軸
   を中心にして連続的に或いは間欠的的に回転させるため
   の或いは揺動運動させるための軸受（１２、１３）およ
   び駆動手段（１４）を備えていることを特徴とする、バ
   イオテクノロジープロセスを実施するための装置。 ６、ばら物床（１）内に１０％〜３５％、特に１５％〜
   ２０％の自由空域（３）がばら物 （２）上に存在している、特許請求の範囲第５項に記載
   の装置。 ７、回転速度を０．２〜１０回転／分で調節可能である
   ように構成されている特許請求の範囲第５項或いは第６
   項に記載の装置。 ８、駆動手段（１４）が周期的に特に５〜２５分の周期
   時間で行われる間欠的な回転および揺動運動に適するよ
   うに構成されている、特許請求の範囲第５項から第７項
   までのいずれか一つに記載の装置。 ９、管体ジャケット（１）の上方位置における端部に一
   つ或いは多数のガス放出−開口を開閉するための弁−部
   材（１６）を備えている一つ或いは多数のガス放出−開
   口（１５）、ガスが最高点を通過する際に開口を解放す
   る装置（１７）並びに回転管体内の液体水準 （６）がガス捕集室を区画するように上方へと通じてい
   る流出部（８）を備えている液体供給および液体導出導
   管のための軸方向の管体或いは中空軸（９、１０）が設
   けられている、特許請求の範囲第５項から第８項までの
   いずれか一つに記載の装置。 １０、中空軸（９、１０）の接続部の前方に端面側篩（
   １１、５）が設けられている、特許請求の範囲第９項に
   記載の装置。 １１、回転駆動部兼回転駆動部支持部（１４）が設けら
   れている、特許請求の範囲第５項或いは第１０項に記載
   の装置。 １２、管体ジャケットの内方に突出している縦リブが設
   けられている、特許請求の範囲第５項から第１１項まで
   のいずれか一つに記載の装置。 １３、管形反応器（１）の内壁に開口を備えている軸平
   行な供給管体（１８）が設けられている、特許請求の範
   囲第５項から第１２項までのいずれか一つに記載の装置
   。 １４、供給管体（１８）が特にリブ状の突出部（２０）
   内で支持されている、特許請求の範囲第１３項に記載の
   装置。 １５、篩（５）が上方に位置する端部において、液体導
   出導管（９）自体が液体水準にまで垂直方向で延びてい
   るか或いはこの液体導出導管を通って反応器（１）から
   導出されガス捕集室（３）に達しているガス導出管体（
   ４）が設けられている端面側のばら物を含まない空域を
   分割して全断面にわたって延びている、特許請求の範囲
   第１０項に記載の装置。 １６、ばら物床（３１、３２）がガスおよび液体流出口
   （３５、３６）を備えた反応器ジャケット（３７）内に
   『浮動』状態で回転可能に軸受されており、かつ『持上
   げられた』端部においてガス放出開口（３３）を備えて
   いる、特許請求の範囲第５項に記載の装置。 １７、ガス放出開口が開口の、特に母線に沿ったスリッ
   ト（３３）を備えたのカラーによって形成されている、
   特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８、スリット（３３）が床長さの５〜１０％、特に５
   〜１５％の長さである、特許請求の範囲第１７項に記載
   の装置。 １９、微生物が成長する担体を備えている反応器内でガ
   ス発生の下で行われるバイオテクノロジープロセスを実
   施するための装置において、微生物が成長する担体（４
   ５）が連続的な或いは間欠的な持上がり運動させられる
   柱形反応器の互いに上下に設けられている振動皿体（４
   ６）上に設けられていることを特徴とするバイオテクノ
   ロジープロセスを実施するための装置。 ２０、持上がり運動が５〜１５ｍｍ、特に８〜１０ｍｍ
   の振幅での振動によって形成されるように構成されてい
   る、特許請求の範囲第１９項に記載の装置。