(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物が担持された固定床に原水が通水される固定床型微生物リアクターにおいて、
前記固定床が構成されるリアクター本体と、
前記リアクター本体内の前記固定床の上方の空寸部に連通される排気管と、
前記排気管の途中部に配置されるチャンバーと、
前記排気管における前記チャンバーと排気管出口との間に配置される第一開閉弁と、
前記排気管における前記チャンバーとリアクター本体との間に配置される第二開閉弁と、
前記チャンバーに接続された減圧用ポンプとを有することを特徴とする固定床型微生物リアクター。
【請求項２】
前記チャンバーの容積が、前記リアクター本体の前記空寸部の容積の３０〜１５０％であることを特徴とする請求項１に記載の固定床型微生物リアクター。
【請求項３】
前記チャンバーの容積が、前記リアクター本体の容積の３〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の固定床型微生物リアクター。
【請求項４】
前記固定床の上方から下方へ向けて前記原水が通水されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の固定床型微生物リアクター。
【請求項５】
前記固定床がビール粕成形炭により構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の固定床型微生物リアクター。
【請求項６】
前記微生物が独立栄養性の嫌気性アンモニア酸化細菌であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の固定床型微生物リアクター。
【請求項７】
固定床に担持された微生物の培養を行う固定床型微生物培養装置であって、
前記固定床が構成される培養装置本体と、
前記培養装置本体内の前記固定床の上方の空寸部に連通される排気管と、
前記排気管の途中部に配置されるチャンバーと、
前記排気管における該排気管の出口とチャンバーとの間に配置される第一開閉弁と、
前記排気管における前記チャンバーと培養装置本体との間に配置される第二開閉弁と、
前記チャンバーに接続された減圧用ポンプとを有し、
前記固定床に原水が通水されることを特徴とする固定床型微生物培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物が担持された固定床に原水が通水される固定床型微生物リアクター、およびその減圧方法、および固定床に担持された微生物の培養を行う固定床型微生物培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定化した微生物を用いた排水などの処理装置として、例えば固定床型微生物リアクターが知られている。この固定床型微生物リアクターなどには、固定化される微生物として、独立栄養性アンモニア酸化細菌やメタン菌などの嫌気性の細菌が用いられることがある。
特に、アンモニア態窒素を含む排水を処理する場合には、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素とから直接窒素を生成する反応を起こす微生物である独立栄養性の嫌気性アンモニア酸化（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）細菌（所謂Ａｎａｍｍｏｘ菌）が用いられることがある。これにより、流入排水中のアンモニア態窒素の５０％を亜硝酸態窒素に酸化させるだけで脱窒が可能となり、硝化に要する酸素供給量を半減できる。また、脱窒のために外部から水素供与体を補填する必要がなくなるため、画期的な窒素除去プロセスを構築することが可能とされている。
このように、独立栄養性の嫌気性アンモニア酸化細菌を用いてアンモニア態窒素を含む排水を処理することは特許文献１に開示されている。
【０００３】
しかし、前述の嫌気性アンモニア酸化細菌などの独立栄養性細菌は、その増殖速度が他の微生物に比べて非常に遅いため、嫌気条件下で固定床に固定しながら培養して増殖させる必要がある。
さらに、固定床に固定した独立栄養性細菌を用いて排水処理を行う場合、高負荷処理を行うためには独立栄養性細菌を高密度に保持する必要がある。
【０００４】
また、独立栄養性細菌を固定床に固定した固定床型微生物リアクターにて排水処理や培養を行う場合、リアクター本体内に構成される固定床に対する排水の通水を上昇流、又は、下降流で行うことが考えられる。しかし、上昇流を採用した場合、細菌の反応により発生したガスの流れと排水の流れとが同じ流れ方向となるため（ガスおよび排水がともに上昇するため）、発生したガスにより細菌が巻き上げられて浮上するとともに、この細菌が排水の流れに同伴して大量に流出してしまう恐れがある。
このように細菌が大量に流出してしまうと、細菌の準備作業などを含め、装置の立ち上げに多くの時間を要したり、排水の処理が不安定になったりという問題が生じる。
特に、前記嫌気性アンモニア酸化細菌などの増殖速度が極めて遅い細菌は入手することが困難であるため、流出した細菌を補充するために追加投入することが容易ではない。
【０００５】
一方、下降流を採用した場合、固定床内において細菌の反応により発生したガスと排水との流れが向流となるため（ガスは浮上し、排水は下降するため）、細菌が反応して発生したガスの浮上によって細菌が巻き上げられたとしても、排水の流れによって細菌の浮上が抑えられ、微生物が固定床から大量に流出することを防止できる。これにより、装置の立ち上げ時間を短縮するとともに、排水の処理を安定化することが可能となる。
しかし、下降流を採用した場合は、発生したガスの浮上が排水の流れにより抑制されるため、固定床内への前記ガスの滞留が顕著に発生することとなり、流下する排水の流路が偏って排水の流量が減少してしまうという問題が生じる。
なお、固定床型のリアクターにおいて下降流を採用したものが特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１１７９６７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１３６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明においては、上記問題を解決するべく、増殖速度が遅い嫌気性アンモニア酸化細菌などの独立栄養性細菌に排水などの原水を通水した際に、細菌の反応により発生したガスが固定床内に滞留して、原水の流量が減少することを効果的に抑制し、原水の処理効率を向上することができる固定床型微生物リアクター、およびその減圧方法、ならびに前記独立栄養性細菌を効率良く培養することができる固定床型微生物培養装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する固定床型微生物リアクター、その減圧方法、および固定床型微生物培養装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１に記載のごとく、微生物が担持された固定床に原水が通水される固定床型微生物リアクターにおいて、前記固定床が構成されるリアクター本体と、前記リアクター本体内の前記固定床の上方の空寸部に連通される排気管と、前記排気管の途中部に配置されるチャンバーと、前記排気管における前記チャンバーと排気管出口との間に配置される第一開閉弁と、前記排気管における前記チャンバーとリアクター本体との間に配置される第二開閉弁と、前記チャンバーに接続された減圧用ポンプとを有する。
これにより、前記排気管における第一開閉弁、および第二開閉弁を閉鎖した状態でチャンバーを減圧した後に、前記第二開閉弁を開放してリアクター本体内を急減圧することで、微生物の反応により発生し固定床内に滞留しているガスを急激に膨張させ、破裂を伴わせるなどして固定床から排出させることができ、固定床内に滞留しているガスを効果的に除去することが可能となる。
従って、固定床を通過する原水の流路が偏った状態や、原水の流路面積が小さくなった状態を解消して、減少した原水の流量を効果的に回復することができ、微生物と原水との反応を促進して、原水の処理効率を向上することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のごとく、前記チャンバーの容積が、前記リアクター本体の前記空寸部の容積の３０〜１５０％である。
これにより、固定床内に滞留しているガスを効果的に除去することができるだけのチャンバーの減圧状態を、比較的容易に得ることが可能となる。
【０００９】
また、請求項３に記載のごとく、前記チャンバーの容積が、前記リアクター本体の容積の３〜５０％である。
これにより、固定床内に滞留しているガスを効果的に除去することができるだけのチャンバーの減圧状態を、比較的容易に得ることが可能となる。
【００１０】
また、請求項４に記載のごとく、前記固定床の上方から下方へ向けて前記原水が通水される。
これにより、固定床内で微生物が反応して発生したガスの浮上によって微生物が巻き上げられたとしても、排水の流れによって微生物の浮上が抑えられ、微生物が固定床から大量に流出することを防止できる。また、これにより、微生物による安定した反応を確保することができる。
【００１１】
また、請求項５に記載のごとく、前記固定床がビール粕成形炭により構成される。
このように、ビール粕成形炭にて構成される固定床は、加工が比較的容易であるとともに、様々な元素を含有しているため微生物の生育がよく、優れた原水の処理能力を発揮することができる。
【００１２】
また、請求項６に記載のごとく、前記微生物が独立栄養性の嫌気性アンモニア酸化細菌である。
このように、前記微生物として独立栄養性の嫌気性アンモニア酸化細菌を用いることで、アンモニア態窒素を含む原水を処理する際には、リアクター本体内に流入する原水中のアンモニア態窒素の半分を亜硝酸態窒素に酸化させておくだけで脱窒が可能となり、硝化に要する酸素供給量を半減できるとともに、脱窒のために外部から水素供与体を補填する必要がなくなるため、画期的な窒素除去プロセスを構築することが可能となる。
【００１６】
また、請求項７に記載のごとく、固定床に担持された微生物の培養を行う固定床型微生物培養装置であって、前記固定床が構成される培養装置本体と、前記培養装置本体内の前記固定床の上方の空寸部に連通される排気管と、前記排気管の途中部に配置されるチャンバーと、前記排気管における該排気管の出口とチャンバーとの間に配置される第一開閉弁と、前記排気管における前記チャンバーと培養装置本体との間に配置される第二開閉弁と、前記チャンバーに接続された減圧用ポンプとを有し、前記固定床に原水が通水される。
これにより、前記排気管における第一開閉弁、および第二開閉弁を閉鎖した状態でチャンバーを減圧した後に、前記第二開閉弁を開放してリアクター本体内を急減圧することで、固定床内に気泡となって滞留しているガスを急激に膨張させ、気泡同士を結合させるなどして固定床からの排出を促すことができ、固定床内に滞留しているガスを効果的に除去することが可能となる。
従って、固定床内を通過する原水の流量を確保することができ、微生物の培養を、効率的かつ短期間で行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、固定床に担持されている微生物の反応により固定床内に滞留したガスを効果的に除去することが可能となる。
従って、固定床を通過する原水の流路が偏ったり、原水の流路面積が小さくなったりすることを防止して、原水の流量の減少を効果的に抑制することができ、微生物と原水との反応を促進し、原水の処理効率を向上することができる。
また、固定床に担持されている微生物を、効率的かつ短期間で培養することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１９】
図１に示す固定床型微生物リアクター１は、リアクター本体１０内に排水などの原水２６を供給して微生物が担持された固定床２２に通水することにより、前記原水２６の浄化処理を行うものである。本例の場合、浄化処理を行う対象となる原水２６としては、例えばビール工場などの食品工場にて生成される排水が考えられる。
【００２０】
前記固定床２２は、リアクター本体１０内に充填した多数の担体２１・２１・・・を、該リアクター本体１０の下部に配置される支持部材１５により支持することで構成されている。
前記担体２１・２１・・・には、原水２６の処理を行う微生物が担持されている。担体２１・２１・・・に担持させる微生物として、本例では独立栄養性アンモニア酸化細菌やメタン菌などの嫌気性の細菌が用いられている。
【００２１】
特に、原水２６がアンモニア態窒素を含む排水である場合には、アンモニア態窒素と亜硝酸態窒素から直接窒素を生成する反応を起こす微生物である嫌気性アンモニア酸化細菌（所謂Ａｎａｍｍｏｘ菌）を用いることが好ましい。
これは、原水２６の処理を行う際に、リアクター本体１０内に流入する原水２６中のアンモニア態窒素の５０％を亜硝酸態窒素に酸化させるだけで脱窒が可能となり、硝化に要する酸素供給量を半減できるとともに、脱窒のために外部から水素供与体を補填する必要がなくなるため、画期的な窒素除去プロセスを構築することが可能となるためである。
【００２２】
また、本例の場合、前記担体２１・２１・・・はビール粕成形炭にて構成されている。ビール粕成形炭は、加工が比較的容易であるとともに、様々な元素を含有しているため独立栄養性細菌の生育がよく、担体素材として特に優れている。
但し、ビール粕成形炭以外にも、オガクズ等の破砕木材、ビール粕、ウイスキー粕、麦根、製麦粕、ワイン粕、酒粕、醤油粕、おから、ふすま、コーヒー粕、茶粕、リンゴ粕、ホップ粕、酵母、残飯、梅酒残渣等の有機性廃棄物を炭化させたものや、ポリエステル不織布、アクリル繊維、樹脂成形体などを担体２１・２１・・・として用いることも可能である。
【００２３】
前記リアクター本体１０の上部には原水供給管３６が配置されており、処理対象となる原水２６が原水供給管３６からリアクター本体１０内に供給され貯溜される。
前記原水供給管３６の途中部には原水供給バルブＶ６が介装されており、該原水供給バルブＶ６により原水供給管３６からの原水２６の供給および供給停止の切り換え、ならびに原水２６の供給量の調節を行うことが可能となっている。
【００２４】
リアクター本体１０内に貯溜される原水２６の水位は、Ｌａとなるように設定されている。設定水位Ｌａは前記固定床１０の上端よりも高位であって、前記リアクター本体１０の上端よりも低位である。
これにより、固定床２２を構成する全ての担体２１・２１・・・が原水２６に浸漬されるとともに、リアクター本体１０の上端部に所定の容積を有する空寸部１０ａが構成される。
【００２５】
前記リアクター本体１０内における固定床２２の下方には集水部１０ｂが構成されており、集水部１０ｂ内には集水管１４が配置されている。
前記集水管１４は、例えば複数の通水孔が形成されたパイプ状部材にて構成されており、該集水管１４にはリアクター本体１０の外部に延出する排水管３５が接続されている。
そして、前記集水管１４により集水部１０ｂ内の原水２６を集水し、前記排水管３５を通じて外部に排出するように構成されている。
【００２６】
前記排水管３５の途中部には、前記固定床２２よりも高位に位置し、前記設定水位Ｌａよりも低位に位置する高位部３５ａが形成されている。
前記高位部３５ａ内を流れる原水２６の水位Ｌｂは、前記固定床２２の上端よりも高位に位置するとともに、前記設定水位Ｌａよりも低位に位置しており、前記設定水位Ｌａと高位部３５ａ内の水位Ｌｂとの水位差はΔＬとなっている。
【００２７】
この水位差ΔＬは、前記設定水位Ｌａと前記集水管１４の高さ位置Ｌｃとの水位差ΔＬ１に対して大幅に小さくなっており、前記集水管１４の高さ位置Ｌｃから排水する場合と比較して、前記高位部３５ａを通じて排出する場合の流量は少なくなるようになっている。
つまり、前記設定水位Ｌａと水位Ｌｂとの間に生じる原水２６の差圧は、設定水位Ｌａと集水管１４の高さ位置Ｌｃとの間に生じる原水２６の差圧に対して、大幅に小さいものであり、この差圧が小さくなることによって、前記排水管３５から排出される原水２６の流量が少量に抑えられることになる。
そして、これにより、原水供給管３６から供給された原水２６をリアクター本体１０内（詳しくは固定床１０内）に長時間滞留させることが可能となり、原水２６の独立栄養性細菌による処理および独立栄養性細菌の増殖を、安定して効率良く進行させることが可能となっている。
【００２８】
また、前記排水管３５における前記高位部３５ａより上流側には、該排水管３５を流れる原水２６の流量を調節可能な排水バルブＶ１が介装されている。
さらに、前記排水管３５の前記排水バルブＶ１と高位部３５ａとの間には流量計５５が介装されている。
前記排水バルブＶ１には前記流量計５５にて検出された原水２６の流量がフィードバックされており、該排水バルブＶ１はフィードバックされた原水２６の流量に基づいて排水管３５を流れる原水２６の流量を調節することが可能となっている。
そして、本例の場合、排水バルブＶ１は、リアクター本体１０に貯溜される原水２６の水位が前記設定水位Ｌａに保持されるように、排水管３５を流れる原水２６の流量を調節している。
【００２９】
以上のように、固定床型微生物リアクター１においては、原水供給管３６からリアクター本体１０内へ原水２６を供給し、供給した原水２６を固定床２２に通水させた後に集水部１０ｂにある集水管１４にて集水することで、前記独立栄養性細菌の反応により処理された原水２６を前記排水管３５から取り出すことが可能となっている。
【００３０】
また、前記リアクター本体１０の上端部に形成される空寸部１０ａは密閉されており、該空寸部１０ａの天井面には排気管３１が接続されている。また、前記排気管３１の途中部にはチャンバー１１が介装されている。
前記排気管３１は、リアクター本体１０の空寸部１０ａとチャンバー１１との間に設けられる上流側排気管３１ａと、チャンバー１１と排気管出口３１ｃとの間に設けられる下流側排気管３１ｂとで構成されている。
【００３１】
前記上流側排気管３１ａの途中部には、該上流側排気管３１ａの流路を開閉する減圧バルブＶ５が介装され、前記下流側排気管３１ｂの途中部には、該下流側排気管３１ｂの流路を開閉する開放バルブＶ３が介装されている。
【００３２】
前記チャンバー１１には吸引管３２を介して吸引ポンプ１２が接続されており、該吸引ポンプ１２によりチャンバー１１内の気体を吸引して減圧することが可能となっている。前記吸引管３２には、該吸引管３２の流路を開閉する吸引バルブＶ４が介装されている。
また、前記吸引ポンプ１２には吸引した気体を外部に排出するためのポンプ排気管３３が接続されている。
【００３３】
また、前記チャンバー１１には、窒素供給管３４を介して窒素ガスボンベ１３が接続されており、該窒素ガスボンベ１３からチャンバー１１内に窒素（Ｎ２）ガスを供給可能としている。
前記窒素供給管３４の途中部には、該窒素供給管３４の流路を開閉する窒素供給バルブＶ２が介装されている。
【００３４】
このように、固定床型微生物リアクター１は、チャンバー１１、吸引ポンプ１２、および窒素ガスボンベ１３などを備えており、前記減圧バルブＶ５と開放バルブＶ３の両方を開くことで、前記空寸部１０ａ内を大気解放することができる。
また、前記チャンバー１１内の気体を吸引ポンプ１２により吸引して減圧した後に減圧バルブＶ５を開くことで、前記空寸部１０ａ内を減圧することが可能となっている。
さらに、前記空寸部１０ａ内を減圧した状態で、前記窒素供給バルブＶ２および減圧バルブＶ５を開くことで、前記窒素ガスボンベ１３から空寸部１０ａに対して窒素ガスを充填することが可能となっている。
なお、本実施例にて説明されるバルブ類の開閉は、電動バルブを自動制御する周知の形態にて、自動的に行なわれることができる他、手動による操作がされるものであってもよい。
【００３５】
また、前記チャンバー１１の容積は、前記リアクター本体１０の空寸部１０ａの容積の３０〜１５０％となるように設定されている。
さらに、前記チャンバー１１の容積は、前記リアクター本体１０の容積の３〜５０％となるように設定されている。
【００３６】
また、固定床型微生物リアクター１においては、前記チャンバー１１、空寸部１０ａ、および集水部１０ｂに、それぞれ圧力センサ５１・５２・５３が設けられており、該チャンバー１１内、空寸部１０ａ内、および集水部１０ｂ内の圧力を検出することが可能となっている。
【００３７】
以上のように構成された固定床型微生物リアクター１では、固定床２２を構成する担体２１・２１・・・に担持された独立栄養性細菌によって原水２６が処理されると、固定床２２内においてガスが発生する。
例えば、原水２６がアンモニア態窒素を含む排水であり、独立栄養性細菌として嫌気性アンモニア酸化細菌を用いた場合は、嫌気性アンモニア酸化細菌と原水２６との反応により窒素ガスが発生する。
【００３８】
原水２６に浸漬された固定床２２において発生した窒素ガスは、原水２６よりも比重が小さいため上昇しようとするが、原水２６はリアクター本体１０の上方から下方へ流れる下降流となっているため、発生した窒素ガスの上昇が原水２６の流れにより妨げられ、前記窒素ガスは固定床２２内に滞留することとなる。
固定床２２内に窒素ガスが滞留すると、窒素ガスが滞留した箇所における原水２６の流れが妨げられ、流下する原水２６の流路が偏るとともに流路面積が小さくなるため、原水２６の流量が減少してしまい、嫌気性アンモニア酸化細菌と原水２６との反応が促進されず、原水２６の処理効率が低下することとなる。
【００３９】
そこで、本固定床型微生物リアクター１においては、固定床２２内に滞留したガスを除去するために、原水２６の流量を回復するための流量回復処理を実施することとしている。
【００４０】
図２は、この流量回復処理のフローについて示すものであり、以下、順を追って説明する。
まず、原水供給管３６からリアクター本体１０内に原水２６を供給して、固定床２２にて原水２６の処理を行っている最中に、該固定床２２内に滞留するガス量が増加した状態になると、前記原水供給バルブＶ６を閉じ、原水供給管３６からリアクター本体１０内への原水２６の供給を停止する（Ｓ０１）。
【００４１】
この場合、固定床２２内に滞留するガス量の増加度合いは、例えば前記排水管３５内を流れる原水２６の流量を用いて把握することが可能であり（ガス量が増加すると排水管３５内の流量が減少するため）、例えば前記流量計５５にて検出される流量が予め設定される所定値以下になったときに原水２６の供給を停止することができる。
【００４２】
なお、リアクター本体１０内へ供給された原水２６の処理を行っているときには、前記空寸部１０ａ内に前記窒素ガスボンベ１３から窒素ガスを充填するとともに、リアクター本体１０内の圧力が略大気圧となるように調整している。
このように、前記空寸部１０ａ内に窒素ガスを充填するのは、担体２１・２１・・・に担持される独立栄養性細菌が嫌気性であるため、万が一、原水２６の水位が固定床２２の上端よりも低下した場合に、独立栄養性細菌に影響が及ぶことを防止するためなどである。
【００４３】
次に、原水２６の供給を停止した後、前記窒素供給バルブＶ２、開放バルブＶ３、および減圧バルブＶ５を閉じるとともに、前記吸引バルブＶ４を開いて、前記吸引ポンプ１２によりチャンバー１１内の気体を吸引して減圧する（Ｓ０２）。
なお、このチャンバー１１内の減圧動作は、前述の原水２６の供給を停止する前に予め行っておくことも可能である。
【００４４】
次に、チャンバー１１内を減圧した後、前記減圧バルブＶ５を開いてチャンバー１１内とリアクター本体１０の空寸部１０ａとを連通して、該空寸部１０ａ内の気体を減圧状態にあるチャンバー１１内に吸引して、リアクター本体１０内を急減圧する（Ｓ０３）。
リアクター本体１０内が急減圧されると、固定床２２内に気泡となって滞留していたガスが急激に膨張し、気泡同士を結合させるなどして固定床２２から空寸部１０ａへ排出され、固定床２２内のガスが除去される。
このように、固定床２２内のガスを除去することにより、原水２６の流路面積が広くなって原水２６の流量が増加し、嫌気性アンモニア酸化細菌と原水２６との反応が促進されて、原水２６の処理効率が向上する。
【００４５】
また、減圧バルブＶ５を開いてリアクター本体１０内を急減圧した後は、前記減圧バルブＶ５を閉じるとともに吸引バルブＶ４を開いて、前記吸引ポンプ１２によりチャンバー１１内に流入したリアクター本体１０内の気体を吸引して、前記チャンバー１１内を減圧する。また、吸引ポンプ１２により吸引した気体はポンプ排気管３３から外部へ排出する（Ｓ０４）。
【００４６】
次に、吸引バルブＶ４を閉じるとともに窒素供給バルブＶ２を開いて、前記窒素ガスボンベ１３とチャンバー１１とを連通し、該窒素ガスボンベ１３からチャンバー１１内に窒素ガスを充填する（Ｓ０５）。
そして、窒素供給バルブＶ２を閉じるとともに減圧バルブＶ５を開いて、窒素ガスが充填されたチャンバー１１と減圧状態にあるリアクター本体１０とを連通し、リアクター本体１０の空寸部１０ａをチャンバー１１内からの窒素ガスで満たす（Ｓ０６）。
なお、前記ステップＳ０５において窒素ガスボンベ１３からチャンバー１１内に充填される窒素ガスの量は、前記空寸部１０ａをチャンバー１１内からの窒素ガスで満たした際に、該リアクター本体１０内の圧力が略大気圧になる程度の量とされる。
【００４７】
このように、リアクター本体１０内を急減圧させて固定床２２内に滞留しているガスを除去するとともに、リアクター本体１０の空寸部１０ａを窒素ガスで満たした後は、原水供給バルブＶ６を開いて、原水２６のリアクター本体１０への供給を再開する（Ｓ０７）。
【００４８】
また、前記ステップＳ０３においてリアクター本体１０内を急減圧した際に、一回の急減圧では固定床２２内に貯溜したガスの全てを除去することができない場合などは、ステップＳ０４の後にステップＳ０３の急減圧を再度実施するといったように、ステップＳ３およびステップＳ０４を複数回繰り返し行うこともできる。
この空寸部１０ａを急減圧する回数は、任意の回数に適宜設定することが可能である。
【００４９】
また、前記ステップＳ０２においてチャンバー１１内を減圧する場合、前記圧力センサ５１によりチャンバー１１内の圧力を検出しておき、所望の圧力となるまで吸引ポンプ１２による吸引を行うことができる。
【００５０】
このように、本固定床型微生物リアクター１においては、リアクター本体１０における空寸部１０ａに接続されるチャンバー１１を設けて、前記排気管３１における第一開閉弁となる開放バルブＶ３、および第二開閉弁となる減圧バルブＶ５を閉鎖した状態でチャンバー１１を減圧した後に、前記減圧バルブＶ５を開放してリアクター本体１０内を急減圧するようにしているので、固定床２２内に滞留しているガスを急激に膨張させ、破裂を伴わせるなどして固定床２２から空寸部１０ａへ排出させることができ、固定床２２内のガスを効果的に除去することが可能となっている。
これにより、固定床２２を通過する原水２６の流路が偏った状態や、原水２６の流路面積が小さくなった状態を解消して、減少した原水２６の流量を効果的に回復することができ、嫌気性アンモニア酸化細菌と原水２６との反応を促進して、原水２６の処理効率を向上することができる。
【００５１】
以上のように、固定床２２内にガスが滞留することにより原水２６の流量が減少した際に、前記リアクター本体１０内を急減圧させることで原水２６の流量が回復する様子を図３に示す。
図３においては、時刻ｔ１に固定床２２による原水２６の処理が開始されており、時刻ｔ１から時間の経過とともに固定床２２に滞留するガスの量が増加するため、原水２６の流量が時間の経過とともに低下している。
時刻ｔ１から一定時間が経過した時刻ｔ２になると、前述のステップＳ０１〜Ｓ０７にて示した前記リアクター本体１０内を急減圧させる処理が行われる。
【００５２】
その後、時刻ｔ３に固定床２２による原水２６の処理が再開されるが、再開時の時刻ｔ３においては、時刻ｔ２に比べて流量が増加しており回復していることがわかる。
原水２６の処理の再開後は、時間が経過するに従って再び原水２６の流量が低下していくが、時刻ｔ３から一定時間経過後の時刻ｔ４に前述の前記リアクター本体１０内を急減圧させる処理を行い、時刻ｔ５に固定床２２による原水２６の処理を再開すると、流量は時刻ｔ４に比べて増加して回復している。
このように、前記リアクター本体１０内を急減圧させる処理を行うことで、減少した原水２６の流量を回復させることが可能である。
【００５３】
なお、前記リアクター本体１０内を急減圧させる処理を行うタイミングとしては、固定床２２による原水２６の処理の開始から一定時間経過した後に行ったり、原水２６の流量が一定値以下になったときに行ったりすることができる。
【００５４】
また、このように、リアクター本体１０内を急減圧させて、固定床２２を通過する原水２６の流量を回復する処理（流量回復処理）において、一回の流量回復処理の間に、間欠的に複数回の減圧処理が行われることとしてもよい。即ち、図３の例において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に、図２のフローチャートに示すステップＳ０３とステップＳ０４の操作を複数回繰り返すものである。例えば、連続４回の減圧処理（ステップＳ０３・Ｓ０４）を間欠的に実施することによれば、減圧速度の大きい減圧操作を４回実施できることになるため、固定床２２内に滞留しているガスを効果的に除去することができる。
【００５５】
また、この減圧速度に関連し、本実施例では減圧速度を特に大きくできる点に特徴がある。即ち、吸引ポンプ１２にてチャンバー１１内の気体をある程度の時間吸引し、チャンバー１１内を所望の圧力となるまで減圧した後に、チャンバー１１とリアクター本体１０とを連通することで、瞬間的にリアクター本体１０内に減圧することができるのである。これにより、単位時間あたりの減圧度合いを高くすることができる、つまりは、減圧速度を大きくできる。
そして、これにより、固定床２２内に気泡となって滞留しているガスが大きな体積変化をもって瞬間的に膨張して気泡同士が結合して排出され易くなるとともに、各担体２１・２１・・・の積層構造の乱れが大きくなって固定床２２からのガスの排出が促される。また、ガスの通過する流路も確保されることになり、効果的にガスの除去を行うことが可能となる。
【００５６】
また、このことからも、前述のように、一回の流量回復処理の間に、間欠的に複数回の減圧処理を行うことは、極めて効果的なものとなる。そして、一回の流量回復処理において効果的に原水の流量を確保することが可能となることから、次の流量回復処理までの期間を長く確保することが可能となる。これにより、流量回復処理の回数を削減することが可能となり、リアクターの稼働率を向上させることが可能となる。また、このように複数回の減圧処理を行う場合の各回の間隔を短くするために、複数組のチャンバー及び吸引ポンプを設けることとしてもよい。
【００５７】
なお、このようなチャンバー１１を設けて減圧する構成に対し、例えば、本固定床型微生物リアクター１に用いられる吸引ポンプ１２と同等の性能を備えた吸引ポンプにより、前記空寸部１０ａを直接減圧することも考えられる。しかし、この直接減圧では、単位時間あたりの減圧度合いが小さくなり、固定床２２内に滞留しているガスがさほど大きく膨張しないため、固定床２２からのガスの排出効果が低下する。
従って、本実施例のように、吸引ポンプ１２を直接空寸部１０ａに接続して減圧を行うよりも、チャンバー１１を介して空寸部１０ａの減圧を行う方が（チャンバー１１にて間接的に減圧を行う（間接減圧）、減圧速度を大きくすることができ、ガスの除去を効果的に行うことができる。
【００５８】
また、前述のようにチャンバー１１を介して空寸部１０ａの減圧を行う場合、リアクター本体１０内の減圧速度が−６ｋＰａ／ｓ以上となるようにチャンバー１１内の減圧圧力を設定することが、瞬間的な減圧によりガスの除去を効果的に行ううえで好ましい。
【００５９】
また、前記チャンバー１１の容積を、前記リアクター本体１０の空寸部１０ａの容積の３０〜１５０％となるように設定することで、固定床２２から効果的にガスを除去することができるだけのチャンバー１１の減圧状態を、比較的容易に得ることが可能となる。
同様に、前記チャンバー１１の容積を、前記リアクター本体１０の容積の３〜５０％となるように設定することで、固定床２２から効果的にガスを除去することができるだけのチャンバー１１の減圧状態を、比較的容易に得ることが可能となる。
【００６０】
また、本固定床型微生物リアクター１では、原水２６が固定床２２の上方から下方へ向けて通過するように構成されているため、固定床２２内で独立栄養性細菌が反応して発生したガスの浮上によって担体２１・２１・・・に担持されている独立栄養性細菌が巻き上げられたとしても、排水の流れによって独立栄養性細菌の浮上が抑えられ、独立栄養性細菌が固定床２２から大量に流出することを防止できる。これにより、独立栄養性細菌による安定した反応を確保することができる。また、本実施例のように、原水２６の流れを上方から下方への一方向とすることで、プラグフローを実現することが可能となって、固定床型微生物リアクター１に関連する所要動力の低減や、リアクター本体１０のサイズの縮小化を図ることができる。
【００６１】
なお、本例では、固定床型微生物リアクター１を原水２６が固定床２２の上方から下方へ向けて通過する下降流型に構成しているが、固定床型微生物リアクター１を原水２６が固定床２２の下方から上方へ向けて通過する上昇流型に構成した場合においても、前記固定床２２内にガスが滞留した場合には、前記空寸部１０ａにチャンバー１１を接続して、前記開放バルブＶ３および減圧バルブＶ５を閉鎖した状態でチャンバー１１を減圧した後に、前記減圧バルブＶ５を開放してリアクター本体１０内を急減圧する構成を適用することは可能である。
【００６２】
また、本例では、処理を行う対象となる原水２６として、ビール工場などの食品工場にて生成される排水を適用したが、これに限るものではなく、発電所にて生成される排水や、シリコンウエハの洗浄排水などの半導体工場にて生成される排水や、畜産厩舎から排出される排水や、し尿処理場から排出される排水など、様々な排水を適用することができる。
【００６３】
さらに、本固定床型微生物リアクター１は、排水などの原水２６を処理するためのリアクターとして用いられているが、担体２１・２１・・・に担持される微生物を培養するための培養装置として用いることもできる。
つまり、固定床型微生物リアクター１は、前記リアクター本体１０を、固定床２２に原水２６を通水することで該固定床２２を構成する担体２１・２１・・・に担持された独立栄養性細菌などの微生物を培養するための培養装置本体として用いた固定床型微生物培養装置として構成することもできる。
このように構成することで、固定床２２を通過する原水２６の流量を確保することができ、独立栄養性細菌などの微生物の培養を、効率的かつ短期間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】固定床型微生物リアクターの説明図である。
【図２】固定床型微生物リアクターによる原水の処理フローを示す図である。
【図３】リアクター本体内を急減圧させることで原水の流量が回復する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    固定床型微生物リアクター
１０    リアクター本体
１０ａ  空寸部
１０ｂ  集水部
１１    チャンバー
１２    吸引ポンプ
１３    窒素ガスボンベ
１４    集水管
２１    担体
２２    固定床
２６    原水
３１    排気管
３２    吸引管
３３    ポンプ排気管
３４    窒素供給管
３５    排水管
３６    原水供給管
Ｖ１    排水バルブ
Ｖ２    窒素供給バルブ
Ｖ３    開放バルブ
Ｖ４    吸引バルブ
Ｖ５    減圧バルブ
Ｖ６    原水供給バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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