(57)【要約】微生物を固定化するためのシート状の担体要素を備えて成る嫌気性廃水処理用固定床リアクタであって、前記担体要素は、貫流可能に多孔質であり、且つ、その領域と比較して薄い幅を有するリアクタにおいて、当該リアクタは、３．５〜８ｃｍの間隔方向における平均幅を有する流れ空間が担体要素間に存在するように、担体要素が離間配置されることを特徴とする。
2007509737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を固定化するためのシート状担体要素を備えて成る嫌気性廃水処理用固定床リアクタであって、前記担体要素は、貫流可能な多孔質であり、且つ、その領域と比較して薄い厚さを有する、リアクタにおいて、
３．５〜８ｃｍの間隔方向における平均幅を有する流れ空間が、担体要素の間に存在するように、担体要素は、離間配置されることを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
担体要素の間に存在する流れ空間が、４〜６ｃｍの間隔方向における平均幅を有することを特徴とする請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
担体要素は、実質的に、平板形状を有することを特徴とする請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
立方体パッケージに配置される担体要素が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項５】
環状に互いに並んで置かれる扇形状パッケージに配置される担体要素が設けられ、前記担体要素は、実質的に接線方向に延在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項６】
リアクタは、運転中に、４０００〜１２００００ｍｇ／リットルの化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する廃水を処理することを予定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項７】
リアクタは、５〜１０ｍ／ｈの上向流速度で運転されるのに適合させられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項８】
担体要素は長方形形状であり、その角で支持されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項９】
一連の凹部をそれぞれ有し、複数の担体要素を保持する保持機器が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項１０】
互いに一体となったプラスチック粒子と膨張粘土粒子とから実質的になる担体要素が設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項１１】
リアクタは、運転中に、シトロフォバクター、シトロフォマス、メタノトリックス、メタノサルチナ及びメタノコックス属のグループの少なくとも一種のバクテリア類で運転されることを予定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリアクタ。
【請求項１２】
飲料産業、飼料産業又は食品加工産業の設備の嫌気性廃水処理のために請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリアクタを使用する方法。
【請求項１３】
製紙産業又は繊維産業の設備の嫌気性廃水処理のために請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリアクタを使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を固定化するためのシート状担体要素を備えて成る嫌気性廃水処理用固定床リアクタに関するものであり、前記担体要素は、貫流可能に多孔質であり、且つ、その領域と比較して薄い幅を有する。
【０００２】
３．５〜８ｃｍの間隔方向における平均厚さを有する流れ空間が、担体要素間で存在するように、担体要素が離間配置されることをリアクタは特徴とする。
【背景技術】
【０００３】
高有機汚染物質負荷を有する廃水の処理のために、嫌気性プロセス、すなわち、嫌気性様式で運転する廃水処理システムを使用することが周知である。嫌気性技術の利用の際に、廃水に含まれる汚染物質負荷は、対応する微生物の助けを借りて、獲得エネルギーを蓄えておくことを可能とする再生エネルギー担体生物ガス（regenerative energy carrier biogas）へ変えられる。
【０００４】
都市廃水は、およそ５００ｍｇ／リットルの化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する比較的低い汚染物質負荷を含み、概して好気性活性汚泥プロセスによって処理される。食品加工産業では、１０００ｍｇ／リットル以上で１０００００ｍｇ／リットルまでの、またそれ以上のＣＯＤを有する著しく高い有機汚染物質負荷を有する廃水が存在する。そのような廃水をきれいにするために、高性能プロセスが利用される。
【０００５】
最も一般的なプロセスは、いわゆるＵＡＳＢプロセス（上向流嫌気性汚泥床プロセス）である。ＵＡＳＢリアクタでは、非常に良好な造粒特性を有し且つ形成するスラッジの形式で、内部の生物量強化乃至肥沃化がもたらされる。微生物は、いわゆるペレットを形成するためにまとまる。これは、リアクタにおける良好な生物量強化を可能にする。リアクタは、上向流方式で運転される。すなわち、廃水は下方からリアクタを通って上向きに流れる。有機汚染物質の代謝的にもたらされる分解に起因して、気泡の形態でペレットに付着するガスが作り出される。したがって、ペレットは上方に上昇する。ＵＡＳＢリアクタの上部には、リアクタにペレットを維持するために利用される分離システムが設けられる。この技術の短所は、約２００００〜３００００ｍｇ／リットルの高ＣＯＤ濃度では、ガスの発生が非常に強いので、ペレットは上方に非常に素早く上昇し、分離システムにもかかわらず生物量のかなりの損失が生じることである。これは、流出効果と呼ばれる。
【０００６】
別の高性能プロセスでは、固定床リアクタを使用する。固定床リアクタは、１００００ｍｇ／リットル以上のＣＯＤ濃度を有する非常に汚染された廃水を処理するために適している。固定床リアクタでは、バルク材、パッケージ又は固定担体材料の形態の不活性担体材料、例えば、プレート状担体要素の形態の不活性担体材料に、微生物が住み着く。高い生物量強化を図るために、今のところ、プレートは１〜２ｃｍの間隔をあけて配置される。プレート状担体要素は、通常１〜３ｍｍ厚の膜状の微生物塊（growth）を有する。固定床リアクタの短所は、高性能リアクタを用いるときに、特に、担体材料が非常に大きなコスト要因を構成することである。
【０００７】
発明者らは、３．５〜８ｃｍ、好ましくは４〜６ｃｍの比較的大きな担体要素間隔で、ふさ状の微生物塊が著しく形成され、そこから、ふさの形成によって引き起こされる強烈なかきまぜ効果に起因して、塊の断面積における増加を観察することができるということを見出した。ふさは、数ｃｍの長さと１ｃｍまでの厚さを有しえる。その固定されていない端部は、流れ空間において廃水流中で自由に動く。こうして廃水は、微生物のあらゆる側の周辺を流れ、最適な方法で同様に養分を供給する。これは、特に強力に微生物塊をもたらす。微生物は、処理される廃水に非常に効果的に接触される。このふさ状の塊は、比較的少数の担体要素で強烈な生物量強化をもたらす。これは、従来の固定床リアクタと比較して著しいコスト削減を提供する。
【０００８】
貫流可能に多孔質である担体材料を用いると、担体要素へのふさの固定は非常に良好なので、ごくわずかな生物量だけしかはずれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、ＵＡＳＢリアクタの場合よりも高い汚染物質負荷を有する廃水を処理することができるという長所を提供する。更なる長所は、必要とされる生物量を維持するための複雑な分離システムを持たずに、生物量の放出が実質的に回避されることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にしたがってリアクタに配置される担体要素は、担体要素の間の流れ空間を規定し、そこでは、ふさ状の微生物塊のふさが広がる。本発明にしたがうリアクタでは、微生物は処理される廃水と特に効果的な方法で接触することが可能な故に、ふさ状の塊が高い生物量強化を可能とするので、非常に汚染された廃水を処理するために適している。本発明にしたがうリアクタで必要とされる担体要素は、相当する従来型の固定床リアクタよりも少数である。広い流れ経路のおかげで、例えば固形物の侵入、はがれた生物量、流れ経路閉塞の成長等による詰まり又は閉塞は、あまり起こりえない。こうして、本発明にしたがうリアクタは、従来型の固定床リアクタよりも高い安定稼動性を有する。
【００１１】
間隔方向における流れ経路の平均幅、すなわち、本発明にしたがう担体要素の間の開き間隔は、３．５〜８ｃｍ、好ましくは４〜６ｃｍである。流れ空間の平均幅は、担体要素厚さを差し引いた２つの隣接した担体要素の仮想中心面間の間隔としてここでは理解される。
【００１２】
担体要素は、平板形状である。しかし、他の形状、例えば、プレートが曲線状に又は波型に又はジグザクに広がるときに現れる形状も同様に考えられる。担体要素厚さは、全部の担体要素で同じでもよいし、又は、担体要素で変えてもよい。全ての場合において、平均間隔は、仮想中心面間で担体材料厚さを差引いて測定される。しかし、担体要素が著しく突出した突起を有している場合には、これらは間隔を測定する上で無視される。
【００１３】
その仮想中心面に関して応用できる場合には、担体要素は、好ましくは互いに平行に配置される。担体要素は、立方体（直方体）パッケージに配置されてもよい。
【００１４】
互いに並んで環形状に配列することができる扇状パッケージに、担体要素を配置してもよい。扇状担体要素パッケージのこの環形状配置は、（大まかに言えば）円筒形状のリアクタハウジング形状と一致させることができる。パッケージ内部のプレートは、実質的に、リアクタの接線方向に配置される。
【００１５】
リアクタでは、好ましくは、４０００〜１２００００ｍｇ／リットルの化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する廃水を運転中に処理することを予定される。
【００１６】
本発明にしたがうリアクタは、好ましくは、上向流様式で運転される。すなわち、処理される廃水は、実質的に、下方から流れ空間を通って上方向に流れる。これは、生物膜上の代謝により形成される気泡が上方向に運ばれることに起因する。リアクタの上部端には、ガス放出手段が従来様式で設けられる。したがって、担体要素を実質的に垂直に配置することが好ましい。
【００１７】
リアクタは、好ましくは、５〜１０ｍ／ｈの上向流速度で運転されるように構成される。
【００１８】
担体要素は、保持機器に配置される。担体要素は、好ましくは長方形形状であって、その角で支持される。さらに、一連の凹部をそれぞれ有して、複数の担体要素を支持する保持機器が設けられるのが好ましい。保持機器は、その中に担体要素を収容するための凹部を有する棒、レール又は断面部（例えばＵ断面）を備えて成る。断面部にとって好ましい材料はステンレス鋼である。
【００１９】
担体要素は、貫流可能に多孔質である材料からなる。好ましくは、担体要素はプラスチック粒子と膨張粘土粒子とから実質的になり、それらは、焼結によって一体となる。ポリエチレン粒子がプラスチック粒子としては好ましく、他のプラスチック材料も同様に可能である。微生物は、粒子間の孔に堆積するか接種され、それらは、担体要素上でふさ状の塊を形成することができる。例えば、毒衝突（toxic impact）に起因するリアクタの不具合の場合には、微生物の芝地は、確実に破壊される。しかしながら、微生物は、多孔質材料の孔からすばやく再成長し、プレート上に膜又はふさ状の塊を再生する。膨張粘土粒子はおよそ１〜１００μｍの孔径を有する。微生物は、好ましくは、流れから離れて保護空間を構成する小さめの孔で最初に接種される。最初に小さめの孔から接種は始まり、より大きな孔に続き、最後に構造物全体を覆う。不具合の場合には、小さい孔内の微生物は、数日以内に塊の再生用核を構成する。微生物が同様に孔の中で成長するという事実のために、ふさ状の塊の良好な固定が確立される。
【００２０】
固着性微生物を担体要素に接種し、又は、住み着かせることができる。特に、シトロフォバクター（Sytrophobacter）、シトロフォマス（Sytrophomas）、メタノトリックス（Methanotrix）、メタノサルチナ（Methanosarcina）及びメタノコックス（Methanococcus）属のグループの少なくとも一種のバクテリア属で、担体要素は接種される。
【００２１】
高負荷な有機汚染物質、例えば、炭水化物又はたんぱく質等の廃水処理用に、リアクタを用いることができる。
【００２２】
本発明にしたがって、特に、飲料産業、飼料産業又は食品加工産業からの有機的に非常に汚染された廃水、例えば、でんぷん処理工場や設備、飲料工場、醸造所、アルコール醸造所、酪農場からの廃水及び食肉加工工場や水産加工工場からの廃水が処理される。本発明にしたがうプロセスと本発明にしたがうリアクタとは、製紙産業及び繊維産業からの廃水を処理するためにも同様に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明と本発明の好ましい特徴とが、添付図面を参照し実施形態を介して以下に説明される。
【００２４】
図１は、本発明にしたがうリアクタ１０を示し、当該リアクタは、嫌気性処理用の微生物で接種される担体要素２０のパッケージアセンブリを備えて成る。
【００２５】
処理される廃水７０は、篩７１とオイルセパレーター７２とを介して供給タンク６０へ供給される。供給タンクは機器６１を介して通気される。供給タンクは更に廃水撹拌用手段６２とｐH値測定用手段６３及び温度測定用手段６４とを具備する。ｐH値を生理的に適切な範囲に調整するために、水酸化ナトリウム又は酸を供給ライン６６、６７を介して供給してもよい。
【００２６】
処理される廃水は、ライン５０を経てライン３０へ供給される。このライン３０は、リアクタ１０へ新しい廃水及び循環廃水を供給する。供給タンク６０からの供給は、バルブ５１及びポンプ５２を介して制御される。廃水を適当な温度にするために、廃水はリアクタ１０へ行く途中で熱交換器５３、５４を通過させられる。熱交換器５３は、ライン４０を介して廃水リアクタ１０から引抜かれる流出処理廃水から放射される熱を利用する。廃水のｐH値及び温度は、ライン３０においてセンサー３３及び３４それぞれを用いて検知される。ｐH値を調製するために、酸又は塩基をライン３７を介して供給してもよい。代替として、通過容器（図示せず）を供給タンク６０とリアクタ１０との間に加えて設けてもよく、当該容器では、処理される廃水がリアクタに供給される前に、センサ３３のｐH測定値に応答して酸又は塩基を添加することでｐH値を調製することができる。
【００２７】
リアクタ１０で、廃水は５〜１０ｍ／ｓの速度で垂直に上方に流れ、その際に、担体材料からなるプレートのパッケージ２０を通って流れる。泡立ち抑制剤と付加的な添加剤とを、要求に応じそれぞれライン１６及び１７を介してリアクタ１０へ導入してもよい。リアクタ内で形成される生物ガスは、リアクタ１０の上部にたまる。当該ガスをライン１８を介して引抜くことが可能であり、当該ガスは、更なる処理又は使用、例えば、熱源として燃焼のために供給される。廃水は、ポンプの助けを借りてライン３０を通って循環させられる。処理された廃水を、ライン４０を介して放出することができる。
【００２８】
図２は、プレート形状担体要素２４ａの立方体パッケージ２０ａを図解する。担体要素２４ａは、保持機器の一部分であるＵ断面外形レール２２ａを用いて、その角で保持される。
【００２９】
図３は、プレート形状担体要素２４ｂの扇形状パッケージ２０ｂを図解する。担体要素２４ｂは、保持機器の一部分であるＵ断面外形レール２２ｂを用いて、その角で保持される。
【００３０】
図４は、図３に図解されたパッケージの部分図を（上方からの眺めで）図解しており、前記レールの底部は、図において右側に向けられ、上側脚部は切取られた状態でＵ断面外形レール２２ｂを示している。こうして、互いから相互開き間隔ｄで担体要素２４ｂを支持する凹部２６ｂを有するＵ断面外形レール２２ａの下側脚部を見ることができる。この間隔ｄは、流れ空間の平均幅を構成する。こうして、担体要素の間に作り出される流れ空間は、本発明にしたがって３．５〜８ｃｍである幅ｄを有する。
【００３１】
しかし、担体要素を別の保持機器によって保持してもよい。特に、それらが、その角では支持されないが、溝に滑らせて挿入することでその垂直端面部で支持されることが考えられる。これら溝は、付加的な棒を用いて水平に相互接続されるＵ断面外形レール形状であってもよい。溝をまた、プレート上に又はプレートの中に形成してもよい。
【００３２】
支持側面又は棒は、全体でフレーム状の保持機器の一部であってもよい。
【００３３】
図５は、担体材料９０の拡大図を図解する。担体材料は、焼結によってお互い及び膨張粘土粒子９４と一体となったプラスチック粒子９２からなる。
【００３４】
リアクタ１０では、担体材料プレートの扇形状パッケージの六角形配置が設けられる。六角形配置は、１ｍの直径と１．５ｍの高さとを有する。担体材料は、貫流可能に多孔質であり、焼結によって一体となった膨張粘土粒子とポリエチレンとからなる複合材料である。担体要素の（すなわち、プレートの）間隔ｄは４ｃｍである。設備能力を試験する試験運転で、リアクタは、循環で上向流速度が５〜１０ｍ／ｓとなるように運転された。試験運転では、４０２５〜１１７５００ｍｇ／リットルのＣＯＤを有して流れ込む廃水が処理され、処理された廃水の測定されたＣＯＤ値は、５８０〜５５００ｍｇ／リットルであった。
【００３５】
担体要素プレートの検査では、バクテリアのふさ状の塊がプレート上に形成されたことが明らかになった。近似する運転パラメータを有する従来の固定床リアクタと比較して、プレートの表面積を約５０％減少することが可能であって、当該表面積の減少は設備コストを著しく削減する。さらに、数ヶ月を越える試験運転で、流れ経路の部分的な又は完全な詰まりのリスクを、問題なく防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にしたがうリアクタの実施形態を組み込んだ廃水処理用設備の概略図を示す。
【図２】担体要素の立方体パッケージの平面図を示す。
【図３】担体要素の扇形状パッケージの平面図を示す。
【図４】担体要素パッケージの部分図を示す。
【図５】担体要素の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１０    リアクタ
１６    ライン
１７    ライン
１８    ライン
２０    担体要素
２０ａ  立方体パッケージ
２０ｂ  扇形状パッケージ
２２ａ  Ｕ断面外形レール
２２ｂ  Ｕ断面外形レール
２４ａ  担体要素
２４ｂ  担体要素
３０    ライン
３３    ｐＨ測定センサー
３４    温度測定センサー
３７    ライン
４０    ライン
５０    ライン
５１    バルブ
５２    ポンプ
５３    熱交換器
５４    熱交換器
６０    供給タンク
６１    機器
６２    撹拌用手段
６３    ｐＨ測定手段
６４    温度測定手段
６６    供給ライン
６７    供給ライン
７０    廃水
７１    篩
７２    オイルセパレーター
９０    担体材料
９２    プラスチック粒子
９４    膨張粘土粒子
【図１】
2007509737.tif 000003
【図２】
2007509737.tif 000004
【図３】
2007509737.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月20日(2006.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性廃水処理用のプロセスであって、多孔質構造を有するシート状の担体要素（２４ａ、２４ｂ）が配置される固定床リアクタ（１０）を用い、担体要素（２４ａ、２４ｂ）は、その領域と比較して薄い厚さを有し、隣接する担体要素（２４ａ、２４ｂ）の間に流れ空間を伴って配置され、多孔質構造を通って貫流可能である、プロセスにおいて、
処理される廃水は、流れ空間でふさ状の微生物塊を通過させられ、当該流れ空間は、担体要素の厚さを差し引いて、二つの隣接する担体要素（２４ａ、２４ｂ）の仮想中心面の間の間隔として測定されたそれぞれ３．５〜８ｃｍの平均幅を有し、
ふさは、数センチメートルの長さを有して、多孔質構造を有する担体要素（２４ａ、２４ｂ）に十分にしっかりと固定されることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
流れ空間が、それぞれ４〜６ｃｍの平均幅を有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
担体要素（２４ａ、２４ｂ）は、実質的に、平板形状を有することを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
立方体パッケージ（２０ａ）に配置される担体要素（２４ａ）が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
環状に互いに並んで置かれる扇形状パッケージ（２０ｂ）に配置される担体要素（２４ｂ）が設けられ、前記担体要素（２４ｂ）は、実質的に接線方向に延在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
４０００〜１２００００ｍｇ／リットルの化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を有する廃水が処理されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
プロセスが、固定床リアクタ（１０）で５〜１０ｍ／ｈの上向流速度で実行されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
担体要素（２４ａ、２４ｂ）は長方形形状であり、その角で支持されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
一連の凹部（２６ｂ）をそれぞれ有し、複数の担体要素（２４ａ、２４ｂ）を保持する保持機器（２２ａ、２２ｂ）が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
互いに一体となったプラスチック粒子と膨張粘土粒子とから実質的になる担体要素（２４ａ、２４ｂ）が設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
固定床リアクタ（１０）は、シトロフォバクター、シトロフォマス、メタノトリックス、メタノサルチナ及びメタノコックス属のグループの少なくとも一種のバクテリア類で運転されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
飲料産業、飼料産業又は食品加工産業の設備の廃水が処理されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
でんぷん処理工場、飲料工場、醸造所、アルコール醸造所、酪農場、食肉加工工場又は水産加工工場の廃水が処理されることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
製紙産業又は繊維産業の設備の廃水が処理されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【国際調査報告】
2007509737.tif 000008
2007509737.tif 000009
2007509737.tif 000010
2007509737.tif 000011