(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物を気孔内又は担体表面に担持させた微生物固定化用担体を充填した反応容器内に被処理液を循環させて、微生物を増殖させたり微生物の生分解作用により被処理液中の特定元素又は化合物を選択除去または変換する装置であり、微生物を担持した微生物固定化用担体のみかけ比重が被処理液の比重よりも小さいか又は僅かに大きい液流式生化学反応装置であって、その構成が、
微生物固定化用担体の通過を阻止するフィルターによって内部空間が上下に二分され、且つ内部空間上部が傾斜状に狭められた槽本体と、
前記槽本体の狭められた上部空間における担体が収束する位置に担体回収口が位置づけられ、当該担体回収口から導入した微生物固定化用担体を槽内空間下方に向かって案内するとともに槽壁を貫通して槽本体外部へと導く案内管を前記担体回収口に連設して構成した担体回収管と、
前記フィルター設置位置よりも下方における槽壁に開設した処理済液取出口とフィルター設置位置よりも上方における槽壁に開設した戻し口との間を循環ポンプを介して繋ぐ導管であって、管路途中部に管内通液空間縮小による負圧部が形成され、当該負圧部に前記担体回収管の槽外導出端を合流させるか又は臨ませて導管途中部に液流ジェット機構を構成した還流管と、
を備えた液流式生化学反応装置。
【請求項２】
微生物を気孔内又は担体表面に担持させた微生物固定化用担体を充填した反応容器内に被処理液を循環させて、微生物を増殖させたり微生物の生分解作用により被処理液中の特定元素又は化合物を選択除去または変換する装置であり、微生物を担持した微生物固定化用担体のみかけ比重が被処理液の比重よりも小さいか又は僅かに大きい液流式生化学反応装置であって、その構成が、
微生物固定化用担体の通過を阻止するフィルターによって内部空間が上下に二分され、且つ内部空間上部が傾斜状に狭められた槽本体と、
前記槽本体の狭められた上部空間における担体が収束する位置に担体回収口が位置づけられ、当該担体回収口から導入した微生物固定化用担体を槽内空間下方に向かって案内する案内管を前記担体回収口に連設して構成した担体回収管と、
前記フィルター設置位置よりも下方における槽壁に開設した処理済液取出口とフィルター設置位置よりも上方位置との間を循環ポンプを介して繋ぐ導管であって、管路途中部に管内通液空間縮小による負圧部が形成され、当該負圧部に前記担体回収管の開口端部を合流させるか又は臨ませて導管途中部に液流ジェット機構を構成した還流管と、
を備えた液流式生化学反応装置。
【請求項３】
槽本体の内部空間上部が全周囲にわたって傾斜状に狭められている請求項１又は２記載の液流式生化学反応装置。
【請求項４】
担体回収口がロート形状である請求項１〜３のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項５】
槽本体が有底円筒体である請求項１〜４のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項６】
槽本体が有底円筒体であり、且つ槽本体側壁に帰還する還流管の軸線を槽本体外筒の略接線方向に沿わせた請求項５記載の液流式生化学反応装置。
【請求項７】
担体回収口の上下動手段が設けられ、担体回収口の高さレベル調整を可能とした請求項１〜６のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項８】
槽本体の内部空間上部を傾斜状に狭める傾斜部材の傾斜角度調節又は上下位置調節機構を設けてなる請求項１〜７のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項９】
被処理液を槽本体に連続供給する被処理液供給手段を設けるとともに、処理済液を系外に連続取り出しする系外取出手段を設けてなる請求項１〜８のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１０】
ユニット化した液流式生化学反応装置を積段又は並設するとともに前段の液流式生化学反応ユニットから取り出した処理済液を次段の液流式生化学反応ユニットに供給して多段階処理するようにした請求項９記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１１】
還流管内の負圧発生部に臨ませた担体回収管の端部を、微生物固定化用担体が通過しうる大きさの先端開口径を有する先細ノズルとなした請求項１〜１０のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１２】
微生物固定化用担体が多孔質であり、微生物固定化用担体が担持する微生物がガス発生菌であり、且つこのガスが微生物固定化用担体の内部に留まるか又は外表面に付着した後の微生物固定化用担体のみかけ比重が１．２より小さい請求項１〜１１のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１３】
微生物固定化用担体がセルロース製連続気泡体であり、その粒径が０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である請求項１２記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１４】
脱窒菌を固定化した微生物固定化用担体を用い、脱窒処理に適用してなる請求項１〜１３のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１５】
メタンガスを発生する微生物を固定化した微生物固定化用担体を用い、メタン醗酵に適用してなる請求項１〜１３のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１項記載の液流式生化学反応装置を、沈澱池、濾過槽、薬物処理槽等より構成される既存の浄水設備と組み合わせて構成した地下水又は排水の浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、微生物（原生動物、糸状菌、放線菌、酵母、細菌）の培養、又は微生物が有する生分解作用により各種生成物を得る目的で用いられたり、あるいは微生物の生分解作用を利用して地下水や排水等の被処理液中の特定元素や化合物を選択除去したり他の元素や化合物と変換するのに用いたりする液流式生化学反応装置とその応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微生物が有する生分解作用により被処理液中の特定元素を選択除去する液流式生化学反応装置としては、微生物を担持させた微生物固定化用担体（以下、単に担体と称す）を被処理液と一緒に反応槽内に収容し、この反応槽内で攪拌翼を回転させることにより担体と接触する被処理液を流動させて生分解作用の促進と槽内処理液の均質化をはかる装置が古くから知られている。
このような装置はバイオリアクターと称される。バイオリアクターとは生物機能を利用して特異性の高い反応を効率良く行うことのできる反応器を指す。微生物を培養することによりアルコールを醗酵させたり、医薬品となる抗生物質を生産する装置等はその代表例である。その他、例えば地下水や排水からの脱窒処理やその他、特定元素の除去にも適用される。特に、近年にいたっては化学肥料使用に起因する地下水の硝酸汚染が問題となっており、地下水の脱窒処理への適用が注目されている。
バイオリアクターが備えるべき条件としては、固定床方式のバイオリアクターを除き、攪拌に起因する剪断応力により担体が破壊されないこと、槽内での担体の偏在や滞留がなく担体が常に流動して被処理液全体の浄化度を槽内全体にわたって均質であること、等が重要である。
【０００３】
攪拌翼を使用する上記バイオリアクターでは、担体に作用する剪断応力を抑制することが困難であり、またガスを発生する微生物では担体のみかけ上の比重が小さくなって担体が浮上するため、槽内被処理液の浄化度を均質化することが困難であるという問題がある。このような問題に配慮したものとしては、例えば特開平２−１３８９６０号で提案された液流式生物化学反応装置がある。この装置は図１２に示すようにフィルターａによって上下に二分された内部空間を有する槽本体ｂに微生物を担持させた担体ｃを被処理液ｄと一緒に収容し、この槽本体ｂの側壁における被処理液の界面近傍位置から取り出した担体混入被処理液を前記フィルターａの至近上部位置に戻す循環パイプｅを槽外に設け、且つ当該循環パイプｅの途中部に液流ジェット機構ｆを設けるとともに、この液流ジェット機構ｆに槽本体底壁から導出した担体を含まない処理済液を循環ポンプｇによって強制送給して液流ジェットを発生させ、この液流ジェットの噴出圧によって槽本体内部に上向き渦巻き流を発生させて担体を流動攪拌するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この技術は、液流によって担体を流動攪拌するものであるから、攪拌翼を用いる場合のように、担体が破壊されるおそれはなく、しかも被処理液界面付近に浮遊する担体を回収して槽底部に案内するものであるから、被処理液界面付近における担体の滞留を軽減することが可能となった。
しかしながら、この技術では循環パイプｅは槽本体側壁から導出されているため、循環パイプｅの導出口ｅ１付近での担体回収はできるものの、導出口ｅ１から離れた位置における担体の回収は困難であり、槽内全体にわたって担体を流動攪拌することはできず、また槽内全体にわたって担体を流動攪拌させようとすれば担体の充填密度を下げる以外に方法がなく処理効率にも限界があった。
本発明はかかる現況に鑑みてなされたものであり、担体を高充填した場合でも槽内全体にわたって担体を流動攪拌することが可能であり、微生物増殖においても、また被処理液中の特定元素や化合物を選択除去したり他の元素や化合物と変換するに際しても処理効率を格段に向上できる液流式生化学反応装置を提案するものであり、あわせてこの装置を用いた地下水又は排水の浄化システムを提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明者は鋭意検討した結果、循環パイプの形成位置及びその形状並びに槽本体の内部空間形状を工夫することにより上記課題は解決することができることを見出し、本発明にいたったものである。
上記課題を解決した本発明は次の構成を有する。
【０００６】
微生物固定化用担体の通過を阻止するフィルターによって内部空間が上下に二分され、且つ内部空間上部が傾斜状に狭められた槽本体と、
前記槽本体の狭められた上部空間における担体が収束する位置に担体回収口が位置づけられ、当該担体回収口から導入した微生物固定化用担体を槽内空間下方に向かって案内するとともに槽壁を貫通して槽本体外部へと導く案内管を前記担体回収口に連設して構成した担体回収管と、
前記フィルター設置位置よりも下方における槽壁に開設した処理済液取出口とフィルター設置位置よりも上方における槽壁に開設した戻し口との間を循環ポンプを介して繋ぐ導管であって、管路途中部に管内通液空間縮小による負圧部が形成され、当該負圧部に前記担体回収管の槽外導出端を合流させるか又は臨ませて導管途中部に液流ジェット機構を構成した還流管と、を備えた液流式生化学反応装置である。
ここで槽壁とは槽本体側壁及び槽本体底壁をも含む概念として定義される。
【０００７】
担体回収管の開口端部は槽外に導出させない場合もある。この場合は還流管の終端はフィルター設置位置よりも上方位置であれば、槽外又は槽内のいずれの側から槽内空間に開放することも可能であり、液流ジェット機構を槽内空間において構成することもできる。
【０００８】
槽内空間上部において傾斜状に狭められた部分は全周にわたって設けられていることが好ましい。
また担体回収口はロート形状に形成することが望まれる。
【０００９】
槽本体の形状としては有底円筒体が好ましい。
また槽本体側壁に帰還する還流管の軸線は槽本体外筒の略接線方向に沿わせることが好ましい。
【００１０】
担体回収口は固定式であってもよいが、上下動手段を設けて担体回収口の高さ位置を調整可能となすことが好ましい。また槽本体の内部空間上部を傾斜状に狭める傾斜部材に傾斜角度調節や上下位置調節機構を設けることも好ましい。
【００１１】
被処理液の供給及び処理済液の取り出しは定期的に行ってもよいが、被処理液を槽本体に連続供給する被処理液供給手段と処理済液を系外に連続取り出しする系外取出手段を設け、連続処理してもよい。
【００１２】
また本液流式生化学反応装置は単体使用の他、ユニット化した液流式生化学反応装置を積段又は並設して前段の液流式生化学反応ユニットから取り出した処理済液を次段の液流式生化学反応ユニットに供給することにより多段階処理することも可能である。
【００１３】
還流管内の負圧発生部に臨ませた担体回収管の端部は、微生物固定化用担体が通過しうる大きさの先端開口径を有する先細ノズルとなすことが好ましい。
【００１４】
本装置は、微生物固定化用担体が多孔質であって、微生物固定化用担体が担持する微生物がガス発生菌であり、且つこのガスが微生物固定化用担体の内部に留まるか又は外表面に付着した後の微生物固定化用担体のみかけ比重が１．２より小さい場合に特に好適である。
【００１５】
また微生物固定化用担体としては粒径０．５ｍｍ〜５０ｍｍのセルロース製連続気泡体が使用できる。
本装置は微生物固定化用担体に脱窒菌を固定することにより脱窒処理に使用でき、またメタンガスを発生する微生物を固定することによりメタン醗酵に使用することができる。
【００１６】
本液流式生化学反応装置は沈澱池、濾過槽、薬物処理槽等より構成される既存の浄水設備と組み合わせることができる。
【００１７】
【作用】
上記構成の本装置は、担体を充填した槽本体に被処理液を導入し、担体に担持された微生物によって被処理液中の特定元素又は化合物の選択除去または変換を行うものである。そして被処理液中の特定元素や化合物を捕捉した微生物は増殖し、他方、被処理液からは窒素等の元素や化合物が除去される。
微生物固定化用担体は被処理液と一緒に本装置内を循環するが、その循環の様子は次のとおりである。
微生物固定化用担体は微生物の発生するガスによってみかけ比重が被処理液の比重よりも小さいか又は僅かに大きい程度となっているため槽内空間における表層部に浮遊集積している。槽内空間上部における担体が収束する位置には担体回収口が位置づけられ、且つこの担体回収口の周囲は傾斜状に狭められているため、浮遊している担体は担体回収口に案内される。被処理液及び担体は還流管途中部に形成された液流ジェット機構が作り出す液流ジェットの流れに乗って、槽内空間から担体回収口へと導かれ、担体回収管内及び還流管内を経て槽内空間に戻され、再び槽内空間表層部に向かって浮上し、以下同じ工程が繰り返される。
【００１８】
特に槽内空間上部を傾斜状に狭める部材を全周にわたって設けたときには、担体が担体回収口を囲む全周囲からまんべんなく集められる。
また担体回収口をロート形状とした場合は担体の担体回収口への導入がより容易となる。
【００１９】
また液流ジェットは次のようにして形成される。即ち、フィルターを通過した担体を含まない被処理液が槽本体の取出口から取り出され、この被処理液が循環ポンプの押出し圧によって、還流管の途中部に形成された液流ジェット形成用の空間に押し出される。この空間には担体回収管の開口端部が合流するか又は臨んでおり、且つこの担体回収管の開口端部の下流側の管内通路は狭められているので循環ポンプによって押し出された被処理液が狭められた通路を通過すると流速が加速され、この結果、その部分が周囲に比べて負圧となって液流ジェットが発生し、担体及び被処理液は液流ジェットの流れに乗って還流管内に噴出する。
【００２０】
本装置では、担体の攪拌流動は液流ジェットが作り出す水流によってなされるため、攪拌翼を用いた場合のように担体が破壊されることはなく、また浮上した担体は担体回収口の周囲に集まるよう工夫しているので、浮上した全ての担体を担体回収口から担体回収管内に取り込んで本装置内を循環させることができる。
【００２１】
槽本体が有底の円筒形であり、且つ槽本体側壁に帰還する還流管の軸線を槽本体外筒の略接線方向に沿わせた場合には、還流管から槽内空間に帰還する被処理液は槽本体内部に渦巻き流を発生させることになり、槽内の担体の攪拌は一層効果的となる。
【００２２】
担体回収口の高さ位置を調整可能とした場合には、被処理液の液面高さ位置の変動に対応可能となり、また担体回収管への担体の回収量も調整可能となる。また槽内空間上部を傾斜状に狭める傾斜部材の傾斜角度調節又は上下位置調節機構を設けた場合も担体の回収量調整が可能となる。
【００２３】
上記液流式生化学反応装置をユニット化して積段又は並設し、複数の液流式生化学反応ユニットによって被処理液を多段階処理するようにした場合、被処理液が一つの液流式生化学反応ユニット内で循環する回数を減らせるので処理効率の向上がはかれる。
【００２４】
還流管内の負圧発生部に合流させるか又は臨ませた担体回収管の開口端部を先細ノズルとなした場合、液流ジェットの流速が増し、攪拌力が増す。
【００２５】
このような液流式生化学反応装置を沈澱池、濾過槽、薬物処理槽等より構成される既存の浄水設備と組み合わせた場合、従来の浄化システムでは困難であった窒素等の特定元素や化合物の除去が可能となる。
【００２６】
【実施例】
次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき説明する。図１は本発明の概略構成を示す縦断面説明図、図２は横断面説明図である。液流式生化学反応装置Ａは、槽本体１、担体回収管２及び管路途中に循環ポンプ９を介在させた還流管３とより主として構成され、装置内部空間には微生物を担持させた微生物固定化用担体Ｂ（以下、担体Ｂと称す）が被処理液Ｃと一緒に充填されている。
担体Ｂとしては、特開平３−２９０４４３号において開示されたものや本発明者等が特願平５−３５１２３４号において提案しているセルロース生分解抑制組成物よりなるセルロース製連続気泡体が利用でき、その粒径は０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲から選択される。気孔径は２０００μｍ未満である。また担体Ｂの形状としては立方体、直方体、円柱体及び円筒体が対象となる。
微生物としては嫌気性菌及び好気性菌のいずれもが対象となり、具体例としてはシュードモナス属（Pseudomonas), ミクロッカス属(Micrococcus),スピルラム属(Spirillum),アクロモバクター属(Achromobacter),アルカリゲネス属(Alcaligenes) ，ハイホミクロビウム属（Hyphomicrobium）等の脱窒菌が挙げられる。またメタンガスを発生する微生物も対象となる。これら菌を選択することによって本装置はメタン醗酵等を目的とした微生物の培養装置となすことも、あるいは微生物の増殖を利用した地下水や排水の浄化装置となすこともできる。したがって被処理液Ｃは微生物増殖用の液体培地である場合もあるし、地下水や排水等である場合もある。本装置の設備規模はこれら用途によって決定されるものであって、実験室レベルのものから工場や自治体運営の大規模浄化設備への適用までが全て対象となる。
これら組合せの中でも特に、微生物がガス発生菌であり、このガスが多孔質である担体Ｂの内部に留まるか又は外表面に付着する結果、担体Ｂのみかけ比重が１．２より小さくなり、担体Ｂに常時浮上力が作用するような場合に使用するのに本装置は特に適している。ここでは、特に地下水からの脱窒処理に本装置を適用する場合について述べる。
【００２７】
槽本体１は有底且つ有蓋の円筒状容器であり、気密性を維持できるように構成されている。培養微生物が脱窒菌のように嫌気性菌の場合、空気の侵入を防止することは特に重要である。蓋部１ａは微生物固定化用担体の補給や槽内部の保守清掃を容易とするために開閉可能に構成することが好ましいが、この場合も気密性を維持しうる構造となすことはいうまでもない。尚、培養微生物が好気性菌等の場合は蓋は不要と成しうる。また本装置の稼働初期における槽内部の空気を強制排出するために、必要に応じて槽外部から窒素ガス４を注入することもある。培養微生物が好気性菌の場合は窒素に代えて酸素を注入することが考慮される。このとき、注入する手段としては従来公知の散気管やスパージャーを利用する方法もあるが、後述する液流ジェット機構１０のボックス３ａ内に導入すれば、より効率的な酸素供給効果を得ることができる。
【００２８】
槽本体１の内部空間（以下、槽内空間と称す）の下部には図９（イ）で示すようなネット５ａ又は図７（ロ）で示すような多孔板５ｂ等のフィルター５が配置され槽内空間を上下に二分している。フィルター５は担体Ｂの通過を阻止するためのもので、その濾目や孔の大きさは担体Ｂの大きさによって規定される。フィルター５の材質としては被処理液内に長時間晒されても腐食したり分解しない金属や合成樹脂が利用される。金属ではステンレスが有力候補である。
フィルター５によって二分された槽内空間の上部には担体Ｂと被処理液Ｃが一緒に収容され、他方、槽内空間の下部には担体Ｂによって脱窒処理された処理済液Ｃ´のみが収容される。ここでいう処理済液Ｃ´とはフィルター５上方に収容された被処理液Ｃに対しての表現であり、この処理済液Ｃ´は還流管３を通じて槽内空間に戻されて再度、脱窒処理されるという意味からは処理途上にある被処理液と表現しても間違いではない。
【００２９】
槽内空間における平面視中央位置にはロート状の担体回収口２ａを上端に取りつけた担体回収管２が設けられている。この担体回収管２は被処理液Ｃの液面よりやや下方位置において前記担体回収口２ａから担体Ｂを吸い込むとともに、担体Ｂを管内を通じて下方へ案内したのち、槽壁を貫通して槽外へと導いている。本実施例では担体回収管２は槽本体側壁を貫通しているが槽本体底壁を貫通させることも任意である。また、ロート状の担体回収口２ａを囲む位置には槽内空間を上方へ行くほど狭める環状の傾斜壁体６が設けられており、槽内空間を液面に向かって浮上する担体Ｂを担体回収口２ａの周辺に集めやすくしている。担体回収口２ａの配置位置は、槽内空間において担体が集まってくる位置であればよく、その位置は必ずしも平面視中央位置に限定されるわけではない。図例の実施例では環状の傾斜壁体６の傾斜角度は全周にわたって同角度としているが、この傾斜角度を周方向において変化させることにより、担体が収束する位置を平面視において偏った位置となし、担体回収口２ａをこの偏った位置に対応させて配置することもできる。
【００３０】
また図例のものでは傾斜壁体６を全周にわたって設けているが、傾斜壁体は必ずしも全周にわたって設ける必要はない。傾斜壁体は槽内空間上部を狭めて担体を担体回収口２ａに導入しやすくするためのものであり、この目的を達成できるものであれば他の形態を採用することも可能であり、例えば、担体回収口２ａを囲む周囲の一部のみを傾斜壁体で構成し、他のストレートな垂直壁で構成することも可能である。
また担体回収口もロート形状に限定されず、他の形状も採用可能である。回収口は上方が拡がっている方が担体の回収には有利であるが、直筒状の担体回収口を排除するものではない。
【００３１】
前記フィルター５の設置位置よりも下方における槽壁には処理済液Ｃ´の取出口７が開設され、他方、フィルター５の設置位置よりも上方位置における槽壁には処理済液Ｃ´の戻し口８が開設され、前記取出口７と戻し口８との間を、管路途中部に循環ポンプ９を介在させた還流管３によって接続している。この還流管３は取出口７より取り出された処理済液Ｃ´を再度、担体Ｂの充填された槽内空間に戻す経路を提供するものであり、この還流管３の存在によって被処理液Ｃの本装置内での循環が可能となる。また還流管３の管路途中部には前記担体回収管２の槽外導出端２ｂが臨む液流ジェット機構１０が形成されており、液流ジェット機構１０によって担体回収管２内に回収された担体Ｂ及び被処理液Ｃを前記槽外導出端２ｂから還流管３内に吸い出し、取出口７から取り出した処理済液Ｃ´と一緒にして槽内空間に帰還させるよう構成している。槽外導出端２ｂの先端開口径は担体Ｂが通過しうる大きさに設定され、且つその噴出力を増すために先細ノズルとなしている。尚、槽外導出端２ｂと還流管３との間に形成される隙間の大きさを調整したり、又は循環ポンプの流量を調整することにより担体及び被処理液の循環速度を制御することもできる。
また本実施例では図２に示すように戻し口８を通じて槽内空間に帰還する還流管の軸線を槽本体外筒１ａの略接線方向に沿わせることにより、槽内空間に帰還した液流を槽壁に沿って回転させるとともに担体Ｂの浮上力を利用して上向き渦巻き流を発生させ、槽内空間の充填された担体Ｂ及び被処理液Ｃの攪拌流動を一層効果的なものとしている。
【００３２】
図３は液流ジェット機構１０の原理を示すものである。還流管３の途中部に担体回収管２を受け入れるためのボックス３ａが形成されており、担体回収管２の槽外導出端２ｂはこのボックス３ａ内における通過断面積を狭くした縮径部３ｂに臨ませている。ボックス３ａ内に侵入した処理済液Ｃ´は縮径部３ｂを通過する際に、通過断面積の縮小に伴って流速が加速される。加速された結果、縮径部３ｂ周辺は負圧となり、この負圧状態に吸引されて担体回収管２から担体Ｂを含む被処理液Ｃが噴出することになる。
【００３３】
図４は液流ジェット機構の他の形態である。この液流ジェット機構１０では還流管３の途中部に形成されたボックス３ａ´に担体回収管２の端部が接続され、ボックス３ａ´内に還流管３の途中部が先細ノズル状に形成されて配置され、その下流側に還流管３の管路を狭めた縮径部３ｃが位置づけられている。この場合、担体Ｂを含む被処理液Ｃが縮径部３ｃを通過する際に加速され、これによって負圧となった縮径部３ｃに向かって処理済液Ｃ´が噴出することになる。
【００３４】
このような構成の液流式生化学反応装置を使用するには次のようにする。
先ず担体Ｂを充填した槽本体１に被処理液Ｃを導入する。被処理液Ｃの導入は例えば、図１で示すように槽本体蓋部に設けられた供給口１１を通じて行われ、他方、処理済液Ｃ´の本装置系外への取り出しは槽底壁に設けられた系外取出口１２を通じて行われる。本装置の運用方法としては、槽内に収容した担体Ｂ及び被処理液Ｃを装置内を所定回数循環させて、処理済液Ｃ´中の窒素濃度が基準以下となったときに、処理済液Ｃ´を装置系外に取り出したのち新たな被処理液Ｃを投入するバッチ処理の他、被処理液Ｃの投入と処理済液Ｃ´の取り出しを常時行う連続処理方法を採用してもよい。
槽内空間における表層部に向かって浮上する担体Ｂは環状の傾斜壁体６によって担体回収口２ａ周辺に集められ、担体回収管２内を下降して槽外へと導かれたのち、還流管途中部に形成された液流ジェット機構１０が作り出す液流ジェットの流れに乗って、担体回収管２から還流管３内へと導かれ、還流管３を経て槽内空間に戻され、再び槽内空間表層部に向かって浮上し、以下同じ工程が繰り返される。このような循環過程で担体Ｂに担持された微生物によって被処理液中の窒素が除去される。
【００３５】
このような構成の本装置によれば、ガス発生によってみかけ比重が１以下となり、この結果液面近くに集積する担体Ｂを、担体回収口２ａ周辺に集めることができ、ロート状の担体回収口２ａを通じて担体Ｂを回収することができる。しかも担体回収口２ａは槽内空間の平面視略中央位置に存在し、且つその位置に向かって担体Ｂを集める構成であるから、担体Ｂの偏在や部分的滞留が発生せず、全ての担体Ｂを循環させることができる。また担体Ｂの流動攪拌力が増すことから担体Ｂの高充填も可能となり処理効率の向上が望める。本発明者の知見によれば、図１０として示した生化学反応装置における担体Ｂの充填率が体積比で槽内空間に対して最大３０％程度であったのに対し、上記本発明装置では最大４０％程度までの高充填が可能であることが確かめられた。尚、ここでみかけ比重が１以下となった結果、担体Ｂが浮上集積すると述べたが、基本的には担体Ｂの比重が被処理液Ｃの比重を下回れば、担体Ｂは浮上する。また担体Ｂの浮上には被処理液Ｃの流動も大きく影響しており、例えば上向き流が存在する場合は担体Ｂの比重が被処理液Ｃの比重よりも多少大きくても浮上する。
【００３６】
図５は本発明の液流式生化学反応装置の他の実施例であり、担体回収管２及び担体回収管２から噴出する担体Ｂを含む被処理液Ｃを循環させるための管路を槽内空間内に形成した場合である。この場合、槽外に配管されるパイプ類が減るので本装置の設置面積を小さくできる。
【００３７】
図６は、担体回収口２ａを上下動できるようにした場合である。この場合、担体回収口２ａの高さ位置を調節できるので、例えば、被処理液Ｃの液面近くの担体Ｂの充填量が過密であって担体回収口２ａへの回収が困難な場合などには、担体回収口２ａを降下させることで対応できる。
【００３８】
図７は環状の傾斜壁体６を上下動できるようにした場合であり、図８は同傾斜壁体６の傾斜角度を調整可能にした場合である。いずれも担体回収口２ａを上下動可能としたものとほぼ同じ作用効果が期待できる。
【００３９】
図１０は微生物の増殖を促進するために、槽本体１の外側に温水１３を通水する外套体１４を設けた場合である。微生物が脱窒菌の場合、槽内温度の上限は約４０℃であり、これ以上の温度では脱窒菌の増殖速度が低下する。槽本体１の加温手段としては槽本体１の周囲にヒーターを直接配置してもよい。
上記実施例では槽本体として円筒容器を用いているが、箱型容器を用いることもできる。またフィルター５は槽内空間を担体存在空間と担体非存在空間に分けることが目的であるから、槽内空間を上下に二分する位置にフィルターを設けることなく槽壁に形成された取出口７にフィルターを設ける応用例も容易に考えられる。
【００４０】
以上述べたものは液流式生化学反応装置Ａを単体使用する場合であったが、本装置は複数使用することもできる。図１１として示すものがその例である。図１１は、図１で示した液流式生化学反応装置Ａから底壁を除去した代わりにフィルター５´を設けた液流式生化学反応ユニットＡ３，Ａ２と底壁を有する液流式生化学反応ユニットＡ１を縦方向に積段した場合であり、上段の液流式生化学反応ユニットＡ３で脱窒処理した処理済液を中段の液流式生化学反応ユニットＡ２に導入し、更に液流式生化学反応ユニットＡ２によって処理した処理済液を下段の液流式生化学反応ユニットＡ１に導入して多段処理する場合である。
図示しないが液流式生化学反応ユニットは横方向に並設することもできる。このように多段処理することにより、それぞれの液流式生化学反応ユニット内での循環回数を減らすことが可能となり、処理効率の向上がはかれる。
【００４１】
また本装置は、沈澱池、濾過槽、薬物処理槽等より構成される既存の地下水や排水の浄化設備と組み合わせることにより地下水や排水の浄化システムを構築することもできる。本装置を既存の浄化設備への組み込み位置は、浄化設備の前段であったり、あるいは後段、更には複数槽から構成される浄化設備の途中等、様々である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の液流式生化学反応装置は槽内空間上部が傾斜状に狭められているとともに、担体が収束する位置に担体回収口を配置しているから、槽内空間を浮上する担体を担体回収口周辺に集めて担体回収口を通じて担体を回収することができる。したがって、担体の偏在や部分的滞留が発生せず、全ての担体を循環させることができる。また流動攪拌力が増すことから担体の高充填も可能となり処理効率の向上が望める。
そして、循環作用及び担体の流動攪拌は液流ジェット機構によって生成された液流によって行うものであるから、担体に過剰な剪断応力が作用することはなく、担体が破壊されることもない。
【００４３】
槽内空間上部が全周囲にわたって傾斜状に狭められている場合は、槽内空間上層部に浮遊する担体を全周囲からまんべんなく集めることができる。
また担体回収口をロート形状となしたときは、担体の回収がより容易となる。
【００４４】
槽本体が有底の円筒状容器であり、且つ槽壁に帰還する還流管の軸線を槽本体外筒の略接線方向に沿わせた場合には、還流管から槽内空間に帰還する被処理液は槽本体内部に渦巻き流を発生させることになり、槽内の担体の攪拌力は一層高まる。
【００４５】
担体回収口の高さ位置を調整可能としたり、槽内空間上部に配置された傾斜部材の傾斜角度調節又は上下位置調節機構を設けた場合には、被処理液の液面高さ位置の変動に対応可能となり、また担体回収管への担体回収量の調整も可能となる。
【００４６】
上記液流式生化学反応装置をユニット化して積段又は並設し、複数の液流式生化学反応ユニットによって被処理液を多段階処理するようにした場合には、被処理液が一つの液流式生化学反応ユニット内で循環する回数を減らせるので処理効率の向上がはかれる。
【００４７】
還流管内の負圧発生部に臨ませた担体回収管の開口端部を先細ノズルとなした場合には、液流ジェットの流速が増し、攪拌力が増す。またノズルと還流管との間に形成される隙間の大きさを調整したり、又は循環ポンプの流量を調整することにより担体及び被処理液の循環速度を制御することができる。
【００４８】
このような液流式生化学反応装置を沈澱池、濾過槽、薬物処理槽等より構成される既存の浄水設備と組み合わして地下水又は排水の浄化システムを構成した場合、従来の浄化システムでは困難であった窒素等の特定元素や化合物の除去が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる液流式生化学反応装置の概略構成を示す縦断面説明図
【図２】  同装置の概略構成を示す横断面説明図
【図３】  液流ジェット機構を示す説明図
【図４】  液流ジェット機構の他の例を示す説明図
【図５】  本発明にかかる液流式生化学反応装置の他の実施例を示す縦断面説明図
【図６】  担体回収口を上下動可能に構成した実施例を示す説明図
【図７】  環状の傾斜壁体を上下動可能に構成した実施例を示す説明図
【図８】  環状の傾斜壁体の傾斜角度を調整可能にした実施例を示す説明図
【図９】  フィルターの具体例を示し、（イ）はネット体、（ロ）は多孔板
【図１０】  槽本体外部に温水通水空間を有する外套体を取りつけた実施例を示す説明図
【図１１】  複数の液流式生化学反応ユニットを縦方向に積段した実施例を示す説明図
【図１２】  従来の液流式生化学反応ユニットを示す説明図
【符号の説明】
ａ    フィルター                      ｂ    槽本体
ｃ    微生物固定化用担体              ｄ    被処理液
ｅ    循環パイプ                      ｆ    液流ジェット機構
ｇ    循環ポンプ
Ａ    液流式生化学反応装置            Ｂ    微生物固定化用担体
Ｃ    被処理液                        Ｃ’  処理済液
１    槽本体                          １ａ  蓋部
２    担体回収管                      ２ａ  担体回収口
２ｂ  槽外導出端
３    還流管                          ３ａ  ボックス
３ｂ  縮径部                          ３ｃ  縮径部
４    窒素ガス
５    フィルター                      ５´  フィルター
５ａ  ネット                          ５ｂ  多孔板
６    傾斜壁体
７    取出口                          ８    戻し口
９    循環ポンプ                    １０    液流ジェット機構
１１    供給口                        １２    系外取出口
１３    温水                          １４    外套体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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