JPH0738789B2 - メンブレンバイオリアクタ装置 - Google Patents
メンブレンバイオリアクタ装置Info
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- JPH0738789B2 JPH0738789B2 JP4721087A JP4721087A JPH0738789B2 JP H0738789 B2 JPH0738789 B2 JP H0738789B2 JP 4721087 A JP4721087 A JP 4721087A JP 4721087 A JP4721087 A JP 4721087A JP H0738789 B2 JPH0738789 B2 JP H0738789B2
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- B01D—SEPARATION
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- B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
- C02F3/085—Fluidized beds
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C02F3/1284—Mixing devices
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反応容器内に封じ込めた微生物,酵素等によ
り生物化学反応を行なわせ、目的とする反応生成物を得
るバイオリアクタ装置に係わり、特にバイオリアクタ内
に分離膜を備えたメンブレンバイオリアクタ装置に関す
る。
り生物化学反応を行なわせ、目的とする反応生成物を得
るバイオリアクタ装置に係わり、特にバイオリアクタ内
に分離膜を備えたメンブレンバイオリアクタ装置に関す
る。
近時、醗酵設備,下水処理設備等では、反応容器内に封
じ込めた微生物,酵素等により生物化学反応を行なわ
せ、目的とする反応生成物を得るためのバイオリアクタ
装置が設けられている。
じ込めた微生物,酵素等により生物化学反応を行なわ
せ、目的とする反応生成物を得るためのバイオリアクタ
装置が設けられている。
第4図は、従来のメンブレンバイオリアクタ装置の一例
を示すもので、図において符号11は、バイオリアクタを
示している。
を示すもので、図において符号11は、バイオリアクタを
示している。
バイオリアクタ11の下部には、バイオリアクタ11内の微
生物に酵素を供給するためのディフューザ12が配置され
ており、このディフューザ12には、酵素含有ガスを吹き
込むためのブロア13が、配管14を介して接続されてい
る。
生物に酵素を供給するためのディフューザ12が配置され
ており、このディフューザ12には、酵素含有ガスを吹き
込むためのブロア13が、配管14を介して接続されてい
る。
また、バイオリアクタ11の上部には、基質を含む原液を
供給する導入管15が開口している。
供給する導入管15が開口している。
図において符号17は、分離膜18を収容する分離膜装置を
示している。
示している。
この分離膜装置17の上部と下部とを接続して循環ポンプ
19および循環量調整バルブ20を備えた循環配管21が配置
されており、循環ポンプ19の働きにより、分離膜装置17
内の分離膜18に所定の液流速を与えている。
19および循環量調整バルブ20を備えた循環配管21が配置
されており、循環ポンプ19の働きにより、分離膜装置17
内の分離膜18に所定の液流速を与えている。
また、分離膜装置17には、引き抜き管22が接続されてお
り、引き抜き管22には、処理液引き抜きポンプ23が配置
されている。
り、引き抜き管22には、処理液引き抜きポンプ23が配置
されている。
循環配管21から分岐して、バイオリアクタ11内に処理液
を供給する戻し管24が配置されている。また、バイオリ
アクタ11の底部には、循環配管21にバイオリアクタ11内
の微生物混合液を供給する供給管25が接続されており、
この供給管25には、供給ポンプ26が配置されている。ま
た、微生物が基質を分解摂取して、増殖するにつれて装
置が微生物固体分で過負荷になる虞があるので、制御弁
28を有する排出管27が循環系統に接続されている。
を供給する戻し管24が配置されている。また、バイオリ
アクタ11の底部には、循環配管21にバイオリアクタ11内
の微生物混合液を供給する供給管25が接続されており、
この供給管25には、供給ポンプ26が配置されている。ま
た、微生物が基質を分解摂取して、増殖するにつれて装
置が微生物固体分で過負荷になる虞があるので、制御弁
28を有する排出管27が循環系統に接続されている。
以上のように構成されたメンブレンバイオリアクタ装置
では、導入管15からバイオリアクタ11内に導入された基
質を含む原液は、バイオリアクタ11内での生物化学反応
により目的とする物質に変化させられる。
では、導入管15からバイオリアクタ11内に導入された基
質を含む原液は、バイオリアクタ11内での生物化学反応
により目的とする物質に変化させられる。
一方、この時に生じた反応の阻害を起こす低分子の生成
物は、供給管25から循環配管21内に流入した後、分離膜
装置17内の分離膜18を通り、引き抜き管22から速やかに
系外に排出される。
物は、供給管25から循環配管21内に流入した後、分離膜
装置17内の分離膜18を通り、引き抜き管22から速やかに
系外に排出される。
すなわち、このようなメンブレンバイオリアクタ装置で
は、分離膜装置17を配置したので、反応にあずかる有用
な微生物および酵素の系外流出を有効に防止することが
できると同時に、反応阻害を起こす低分子の生成物を速
やかに系外に排出することができる。
は、分離膜装置17を配置したので、反応にあずかる有用
な微生物および酵素の系外流出を有効に防止することが
できると同時に、反応阻害を起こす低分子の生成物を速
やかに系外に排出することができる。
しかしながら、このような従来のメンブレンバイオリア
クタ装置では、濾過作用によって生ずる分離膜18への固
形物等の付着,蓄積等によって、フラックスの低下が生
じるため、分離膜18面に被透過液を高流速で接触させる
クロスフロー濾過を行なう必要があり、このクロスフロ
ー濾過のために、大型の循環ポンプ19が必要となり、こ
の循環ポンプ19の駆動に多大なエネルギーが消費される
という問題がある。
クタ装置では、濾過作用によって生ずる分離膜18への固
形物等の付着,蓄積等によって、フラックスの低下が生
じるため、分離膜18面に被透過液を高流速で接触させる
クロスフロー濾過を行なう必要があり、このクロスフロ
ー濾過のために、大型の循環ポンプ19が必要となり、こ
の循環ポンプ19の駆動に多大なエネルギーが消費される
という問題がある。
また、従来のメンブレンバイオリアクタ装置では、定期
的な物理的,化学的洗浄等の日常的なメンテナンスが避
けられないため、バイオリアクタ内に直接分離膜18を組
み込むことが困難であり、分離膜装置17を別置きするこ
とになり、レイアウト上の制約や配管等のスペースのた
め設置条件が悪化し、また、大型化にも適さないという
問題がある。
的な物理的,化学的洗浄等の日常的なメンテナンスが避
けられないため、バイオリアクタ内に直接分離膜18を組
み込むことが困難であり、分離膜装置17を別置きするこ
とになり、レイアウト上の制約や配管等のスペースのた
め設置条件が悪化し、また、大型化にも適さないという
問題がある。
なお、従来、配管系内を洗浄する洗浄装置としては、例
えば特開昭48−31774号公報に示すものが知られてい
る。
えば特開昭48−31774号公報に示すものが知られてい
る。
本発明は、上記のような問題を解決したもので、装置の
運転エネルギーを従来より大幅に低減できるとともに、
装置の小型化を図ることのできるメンブレンバイオリア
クタ装置を提供することを目的とする。
運転エネルギーを従来より大幅に低減できるとともに、
装置の小型化を図ることのできるメンブレンバイオリア
クタ装置を提供することを目的とする。
本発明にかかわるメンブレンバイオリアクタ装置は、バ
イオリアクタ内に分離膜を配置するとともに、前記バイ
オリアクタ内に、前記分離膜表面の硬さと同等あるいは
これより柔らかい直径1〜2mm程度の微小粒子を前記バ
イオリアクタの容積の10〜50%程度充填し、この微小粒
子を、前記バイオリアクタ内のガス流あるいは液流によ
り浮遊あるいは流動化するものである。
イオリアクタ内に分離膜を配置するとともに、前記バイ
オリアクタ内に、前記分離膜表面の硬さと同等あるいは
これより柔らかい直径1〜2mm程度の微小粒子を前記バ
イオリアクタの容積の10〜50%程度充填し、この微小粒
子を、前記バイオリアクタ内のガス流あるいは液流によ
り浮遊あるいは流動化するものである。
本発明においては、バイオリアクタ内に分離膜を配置す
るとともに、バイオリアクタ内に、分離膜表面の硬さと
同等あるいはこれより柔らかい直径1〜2mm程度の微小
粒子を前記バイオリアクタの容積の10〜50%程度充填
し、この微小粒子を、バイオリアクタ内のガス流あるい
は液流により浮遊あるいは流動化するので、分離膜の表
面には、常に微小粒子が移動しながら接触している。
るとともに、バイオリアクタ内に、分離膜表面の硬さと
同等あるいはこれより柔らかい直径1〜2mm程度の微小
粒子を前記バイオリアクタの容積の10〜50%程度充填
し、この微小粒子を、バイオリアクタ内のガス流あるい
は液流により浮遊あるいは流動化するので、分離膜の表
面には、常に微小粒子が移動しながら接触している。
この結果、分離膜に付着した固形物は、微小粒子により
分離膜から剥離され、従って、分離膜への固形物の付
着,蓄積を有効に防止することが可能となる。
分離膜から剥離され、従って、分離膜への固形物の付
着,蓄積を有効に防止することが可能となる。
以下、本発明の詳細を図面に示す実施例について説明す
る。
る。
第1図は、本発明のメンブレンバイオリアクタ装置の一
実施例を示すもので、図において符号31は、バイオリア
クタを示している。
実施例を示すもので、図において符号31は、バイオリア
クタを示している。
このバイオリアクタ31内には、膜支持体とともに成形さ
れた高分子材料製平板膜からなる分離膜33が配置されて
いる。
れた高分子材料製平板膜からなる分離膜33が配置されて
いる。
この分離膜33には、例えば、ポリスルフォン,ポリアク
リルニトリル等の高分子材料を使用して成形された精密
濾過膜,限外濾過膜、あるいは、セラミックス材料から
なる精密濾過膜,限外濾過膜が用いられる。
リルニトリル等の高分子材料を使用して成形された精密
濾過膜,限外濾過膜、あるいは、セラミックス材料から
なる精密濾過膜,限外濾過膜が用いられる。
分離膜33には、引き抜き管35が接続されており、引き抜
き管35には、ポンプ37が配置されている。
き管35には、ポンプ37が配置されている。
バイオリアクタ31の下部には、バイオリアクタ31内の微
生物に酸素を供給するためのディフューザ39が配置され
ており、このディフューザ39には、酸素含有ガスを吹き
込むためのブロア41が、配管43を介して接続されてい
る。
生物に酸素を供給するためのディフューザ39が配置され
ており、このディフューザ39には、酸素含有ガスを吹き
込むためのブロア41が、配管43を介して接続されてい
る。
また、バイオリアクタ31の上部と下面とを接続してポン
プ45を備えた循環配管47が配置されている。
プ45を備えた循環配管47が配置されている。
バイオリアクタ31の上部には、基質を含む原液を供給す
る導入管49が開口している。
る導入管49が開口している。
しかして、この実施例では、バイオリアクタ31内には、
種々の方法で製造した比重が1より大きい、例えば、直
径1〜2mm程度の粒子である微小粒子51が充填されてい
る。
種々の方法で製造した比重が1より大きい、例えば、直
径1〜2mm程度の粒子である微小粒子51が充填されてい
る。
この微小粒子51の充填量は、バイオリアクタ31が空の時
に、その容積の10〜50%程度を占める量が望ましい。
に、その容積の10〜50%程度を占める量が望ましい。
なお、前述した微小粒子51は、理想的には、弾性を有
し、かつ、分離膜33の表面を傷つけないために、分離膜
33の表面の硬度よりやや柔らかいものが良く、例えば、
微生物あるいは酵素を固定するための光硬化性樹脂,ポ
リビニルアルコールゲルあるいはゴム等が使用される。
また、すでに微生物や酵素が固定された固定化担体を微
小粒子51として使用することも可能である。さらに、分
離膜33がセラミックス等の強度に優れた材料からなる時
には、微小粒子51としてセラミック,粒状活性炭等の硬
度および強度の高い材料を使用することも可能である。
し、かつ、分離膜33の表面を傷つけないために、分離膜
33の表面の硬度よりやや柔らかいものが良く、例えば、
微生物あるいは酵素を固定するための光硬化性樹脂,ポ
リビニルアルコールゲルあるいはゴム等が使用される。
また、すでに微生物や酵素が固定された固定化担体を微
小粒子51として使用することも可能である。さらに、分
離膜33がセラミックス等の強度に優れた材料からなる時
には、微小粒子51としてセラミック,粒状活性炭等の硬
度および強度の高い材料を使用することも可能である。
以上のように構成されたメンブレンバイオリアクタ装置
では、導入管49からバイオリアクタ31内に導入された基
質を含む原液は、バイオリアクタ31内での生物化学反応
により目的とする物質に変化させられる。
では、導入管49からバイオリアクタ31内に導入された基
質を含む原液は、バイオリアクタ31内での生物化学反応
により目的とする物質に変化させられる。
一方、この時に生じた反応の阻害を起こす低分子の生成
物は、分離膜33を通り引き抜き管35から速やかにバイオ
リアクタ31外に排出される。
物は、分離膜33を通り引き抜き管35から速やかにバイオ
リアクタ31外に排出される。
なお、微生物が基質を分解摂取して増殖するにつれて装
置が微生物固体分で過負荷になる虞があるので、制御弁
48を有する排出管46が循環系統もしくはバイオリアクタ
下部に接続配置されている。
置が微生物固体分で過負荷になる虞があるので、制御弁
48を有する排出管46が循環系統もしくはバイオリアクタ
下部に接続配置されている。
しかして、以上のように構成されたメンブレンバイオリ
アクタ装置では、バイオリアクタ31内に、分離膜33表面
の硬さと同等あるいはこれより柔らかい微小粒子51を投
入するとともに、この微小粒子51を、バイオリアクタ31
内のガス流および液流により流動化するので、分離膜33
の表面には、常に微小粒子51が移動しながら接触してい
る。
アクタ装置では、バイオリアクタ31内に、分離膜33表面
の硬さと同等あるいはこれより柔らかい微小粒子51を投
入するとともに、この微小粒子51を、バイオリアクタ31
内のガス流および液流により流動化するので、分離膜33
の表面には、常に微小粒子51が移動しながら接触してい
る。
この結果、分離膜33に付着した固形物は、微小粒子51に
より分離膜33から剥離され、従って、分離膜33への固形
物の付着,蓄積を有効に防止することが可能となる。
より分離膜33から剥離され、従って、分離膜33への固形
物の付着,蓄積を有効に防止することが可能となる。
そして、以上のように構成されたメンブレンバイオリア
クタ装置では、装置の運転エネルギーを従来より大幅に
低減することが可能となる。
クタ装置では、装置の運転エネルギーを従来より大幅に
低減することが可能となる。
すなわち、従来のクロスフローで用いられている原液の
流速は、1m/秒〜数m/秒と高速であり、従ってポンプ45
の駆動に消費されるエネルギも大量であったが、この実
施例では、この流速を数m/分以下の穏やかな撹拌程度に
抑え、微小粒子51を、バイオリアクタ31内のガス流と液
流との併用により流動化するようにしたので、ポンプ45
の駆動に消費されるエネルギを従来より大幅に低減する
ことが可能となる。
流速は、1m/秒〜数m/秒と高速であり、従ってポンプ45
の駆動に消費されるエネルギも大量であったが、この実
施例では、この流速を数m/分以下の穏やかな撹拌程度に
抑え、微小粒子51を、バイオリアクタ31内のガス流と液
流との併用により流動化するようにしたので、ポンプ45
の駆動に消費されるエネルギを従来より大幅に低減する
ことが可能となる。
また、以上のように構成されたメンブレンバイオリアク
タ装置では、分離膜33をバイオリアクタ31内に収容した
ので、別途分離膜装置を配置する必要がなくなり、装置
の小型化を図ることができる。
タ装置では、分離膜33をバイオリアクタ31内に収容した
ので、別途分離膜装置を配置する必要がなくなり、装置
の小型化を図ることができる。
第2図は、本発明の他の実施例を示すもので、この実施
例では、分離膜53の間にディフューザ55が配置されてお
り、ブロア41からのガスの吹き込みにより、原液の循環
が行なわれる。
例では、分離膜53の間にディフューザ55が配置されてお
り、ブロア41からのガスの吹き込みにより、原液の循環
が行なわれる。
このように構成されたメンブレンバイオリアクタ装置で
は、第1図に示した実施例のように、原液を循環するた
めのポンプ45が不要となるため、従来ポンプ45の駆動に
消費されていたエネルギを節約することが可能となる。
は、第1図に示した実施例のように、原液を循環するた
めのポンプ45が不要となるため、従来ポンプ45の駆動に
消費されていたエネルギを節約することが可能となる。
第3図は、本発明のさらに他の実施例を示すもので、こ
の実施例では、分離膜57の間には、第2図で示したディ
フューザ55は配置されておらず、ブロア41からのガスの
吹き込みは行なわれない。
の実施例では、分離膜57の間には、第2図で示したディ
フューザ55は配置されておらず、ブロア41からのガスの
吹き込みは行なわれない。
また、この実施例では、分離膜57としては、外圧型管状
膜が使用されており、循環配管47に供給管59が接続さ
れ、さらに、バイオリアクタ31の上部にガス抜き管61が
開口している。
膜が使用されており、循環配管47に供給管59が接続さ
れ、さらに、バイオリアクタ31の上部にガス抜き管61が
開口している。
以上のように構成されたメンブレンバイオリアクタ装置
では、原液を循環するポンプ45による原液の上昇流の速
度が微小粒子51の沈降速度と釣り合い、いわゆる流動層
が形成されており、微小粒子51は、連続的に細かく不規
則な軌跡を描いて運動し、分離膜57の汚染に対して、高
流速による剪断作用と同等以上の剥離効果を生んでい
る。
では、原液を循環するポンプ45による原液の上昇流の速
度が微小粒子51の沈降速度と釣り合い、いわゆる流動層
が形成されており、微小粒子51は、連続的に細かく不規
則な軌跡を描いて運動し、分離膜57の汚染に対して、高
流速による剪断作用と同等以上の剥離効果を生んでい
る。
以上述べたように、本発明によれば、バイオリアクタ内
に分離膜を配置するとともに、バイオリアクタ内に、分
離膜表面の硬さと同等あるいはこれより柔らかい直径1
〜2mm程度の微小粒子を前記バイオリアクタの容積の10
〜50%程度充填し、この微小粒子を、バイオリアクタ内
のガス流あるいは液流により浮遊あるいは流動化するの
で、装置の運転エネルギーを従来より大幅に低減できる
とともに、装置の小型化を図ることができるという利点
がある。
に分離膜を配置するとともに、バイオリアクタ内に、分
離膜表面の硬さと同等あるいはこれより柔らかい直径1
〜2mm程度の微小粒子を前記バイオリアクタの容積の10
〜50%程度充填し、この微小粒子を、バイオリアクタ内
のガス流あるいは液流により浮遊あるいは流動化するの
で、装置の運転エネルギーを従来より大幅に低減できる
とともに、装置の小型化を図ることができるという利点
がある。
第1図は本発明のメンブレンバイオリアクタ装置の一実
施例を示す縦断面図、第2図および第3図はそれぞれ本
発明のメンブレンバイオリアクタ装置の他の実施例を示
す縦断面図、第4図は従来のメンブレンバイオリアクタ
装置を示す配管系統図である。 31……バイオリアクタ、33,53,57……分離膜、51……微
小粒子。
施例を示す縦断面図、第2図および第3図はそれぞれ本
発明のメンブレンバイオリアクタ装置の他の実施例を示
す縦断面図、第4図は従来のメンブレンバイオリアクタ
装置を示す配管系統図である。 31……バイオリアクタ、33,53,57……分離膜、51……微
小粒子。
Claims (3)
- 【請求項1】バイオリアクタ内に分離膜を配置するとと
もに、前記バイオリアクタ内に、前記分離膜表面の硬さ
と同等あるいはこれより柔らかい直径1〜2mm程度の微
小粒子を前記バイオリアクタの容積の10〜50%程度充填
し、この微小粒子を、前記バイオリアクタ内のガス流あ
るいは液流により浮遊あるいは流動化することを特徴と
するメンブレンバイオリアクタ装置。 - 【請求項2】微小粒子は、光硬化性樹脂、ポリビニルア
ルコールゲルまたはゴムからなる特許請求の範囲第1項
記載のメンブレンバイオリアクタ装置。 - 【請求項3】微小粒子は、セラミックスまたは粒状活性
炭からなる特許請求の範囲第1項記載のメンブレンバイ
オリアクタ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4721087A JPH0738789B2 (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | メンブレンバイオリアクタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4721087A JPH0738789B2 (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | メンブレンバイオリアクタ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63214177A JPS63214177A (ja) | 1988-09-06 |
JPH0738789B2 true JPH0738789B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=12768791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4721087A Expired - Lifetime JPH0738789B2 (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | メンブレンバイオリアクタ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0738789B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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