混合チャンバーを備えたバイオリアクター
本発明は、概して混合チャンバー(３)の上に配置された反応チャンバー(２)から仕切り(４４)によって分離させられた混合チャンバー(３)を有する反応器容器(４１)を備えたバイオリアクター(１)に関し、混合チャンバー(３)は、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システム(４)を有し、この導入システム(４)は、混合チャンバー(３)内に排出開口(６０〜６４)を有する。ある実施形態では、仕切り(４４)は、混合チャンバー(３)と反応チャンバー(２)との間の接続部を形成する開口(６６)を有し、導入システム(４)の排出開口(６０〜６４)は仕切りの開口に向けられている。ある実施形態では、混合チャンバー(３)は、この混合チャンバーを補強するための骨組みを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターに関する。本発明はさらに、反応器容器内で流入液をかき混ぜるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、反応チャンバーおよび混合チャンバーを有するバイオリアクターが知られている。導入システムは流入液および／または再利用原料が、仕切り(この仕切りはスリットを有する)によって反応チャンバーから分離された混合チャンバーを経て反応器容器に入ることを可能とする。混合チャンバーは円錐形状を有し、かつ、その底付近で反応器容器の内部に溶接されたスチールプレートを備える。導入システムは混合チャンバー内で接線方向流れを実現する。
【０００３】
流入液および／または再利用原料を混合チャンバー内で運ぶのに必要なエネルギーの多くは、特許文献１に基づく混合チャンバー内のサイクロン流によって消散される。やはり、仕切りを横切る圧力差は仕切り素材の強度的制約によって制限されるが、これは、混合チャンバー内での、そして結局は反応チャンバー内での流入液の不均一な分散を引き起こす。さらに、仕切りを横切る圧力差は、下流でバイオリアクターと接続されるガス抜きタンク内のレベルを増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第0 539 430号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした問題の少なくとも一つを軽減するのが本発明の目的である。これは、概ね混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターを提供することによって達成される。ある実施形態では、混合チャンバーは、流入液および／または流入液と再利用原料との混合物のための導入システムを有し、この導入システムは混合チャンバーに排出開口を有する。ある実施形態では、仕切りは、混合チャンバーと反応チャンバーとの間の接続部を形成する開口を有し、導入システムの排出開口は仕切りの開口に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、混合チャンバー内への流入液の流れを、開口において仕切りを経て反応チャンバー内へと誘導することを可能とする。流入エネルギーは、混合チャンバーから反応チャンバー内への流れを実現するために直接使用される。これはまた、混合チャンバー内の過剰圧力を低減することを可能とし、これは、混合チャンバーと反応チャンバーとの間の仕切りのために少量の素材を使用することによって低コストを可能とする。これは、原料の節約およびコストの低減を可能とする。
【０００７】
ある実施形態では、排出開口は仕切りの開口と整列させられる。これは、導入システムから、混合チャンバーを経て、開口内へと、そして反応チャンバー内へと至る流れの抵抗をさらに低減する。
【０００８】
好ましくは、流入液導入システムの排出開口は仕切りの開口に向けられかつ／またはそれと整列させられる。この構造は、より低い出力しか必要としない、より小型のポンプを有する導入システムを使用することを可能とする。
【０００９】
ある実施形態では、導入システムの少なくとも四つの排出開口は、仕切りの少なくとも四つのそれぞれの開口に向けられるか、あるいはそれと整列させられる。複数の開口を設けることで、流動抵抗のさらなる低減が実現される。
【００１０】
ある実施形態では、排出開口は、導入システムの表面積縮小を伴ったノズルを有する。導入システムは、混合チャンバー内へ流入液を供給するためのパイプを備える。流入液はノズルを経てパイプから吐き出されるが、このノズルは表面積縮小を実現し、これは流れの加速および圧力低減を可能とする。本発明によれば、加速された流れは仕切りを貫通する開口に向けられる。
【００１１】
好ましくは、縮小は少なくとも２５％である。これは十分な加速を保証する。さらに、加速された流れは、流れの周囲の流体に衝撃を与え、そして、続いて、この流体を加速させる。
【００１２】
ある実施形態では、排出開口の表面積は仕切りの開口の表面積よりも少なくとも２０％、好ましくは少なくとも４０％小さなものであり、この開口に排出開口が向けられる。そうした関係において、排出開口から開口内へと向けられる流れは、仕切りの開口を経て混合チャンバーから流体を引き込む。流入エネルギーは、この様式ではまた、流入液を、混合チャンバー内に既に存在する流体と混合するために使用される。
【００１３】
好ましくは、導入システムの排出開口と仕切りの開口との間の距離は、排出開口の断面の幅の８倍未満、好ましくは５倍未満である。導入システムの排出開口と仕切りの開口との間の流れの自由距離あるいは流動経路は、流動エネルギーの消散を抑えるために、そしてさらに過剰圧力を低減するために制限された長さを有する。依然として、この自由距離は、流れが仕切りの開口に向けられた状態で、混合チャンバーから流体を引き込むことを可能とする。
【００１４】
さらなる実施形態では、排出開口と仕切りの開口との間の距離は可変である。ある実施形態では、開口および／または導入システムの排出開口はバイオリアクターに移動可能に設けられており、二つの開口間の流れの自由距離の変更が可能となっている。ある実施形態では、開口はアクチュエータを用いて移動させられる。ある実施形態では、アクチュエータは中央プロセッサーを用いて制御され、これは、混合チャンバー内での混合の程度を制御するためのパラメーターをユーザーが調整することを可能とする自由距離をユーザーが制御あるいは設定することを可能とする。
【００１５】
ある実施形態では、仕切りの開口は、仕切りの一方側から、仕切りを貫通して、仕切りの他方側から外へと延在するチューブあるいはパイプを備える。このチューブは、仕切りの壁部分とチューブの開口との間の距離を提供する。チューブあるいはパイプの開口は、仕切り、好ましくはプレートから延在する結果として、開口の一部をたとえば詰まらせる可能性がある、たとえば仕切り上に集まるスラッジによって妨害されない。目詰まりスラッジは、開口の周囲でチューブを介して移送される。
【００１６】
ある実施形態では、仕切りの開口は反応器容器の反応器底に近接して配置される。スラッジは、反応チャンバー内に集積され、そして反応器底の底部へと、より高い密度の結果として沈むので、流入液の流入および導入システムによって提供される流入のエネルギーは、集積されたスラッジを乱すために使用され、これは、良好な混合および流入液の改良されたクリーニングにつながる。
【００１７】
ある実施形態では、混合チャンバーはさらに、流入液および再利用原料、たとえばダウナーの混合物のための排出開口に対して少なくとも部分的に接線方向に向けられた流入液導入システムの排出開口を備える。これは、混合チャンバー内での再利用原料の混合を可能とし、この混合は、流入液および再利用原料、たとえばダウナーの混合物のための排出開口周りの周方向の流れからなる。好ましくは、ダウナーは混合チャンバーのルーフ部分あるいは上端部分に接続され、かつ、ダウナーのチューブが収容される仕切りの開口を備える。ある実施形態では、混合物のための流出開口は混合チャンバーの上端セクションに配置され、一方、仕切りを貫通する開口は混合チャンバーの底部セクションの近傍に配置される。流入液および再利用原料の混合は、混合チャンバー内での十分な混合の後でのみ仕切りを貫通する開口に達する。
【００１８】
ある実施形態では、仕切りは、側壁に開口を有する混合チャンバーの当該側壁を備え、この側壁は反応器容器の底に対して直角をなしておらず、すなわち傾斜している。好ましくは傾斜が４５°以上の場合、傾斜した側壁はスラッジ沈着を阻止する。
【００１９】
さらなる実施形態では、混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられる。開口は混合チャンバーから外側に向けられる。流入エネルギーが混合チャンバーから外側に向けられ、かつ、反応器容器の底の上で消散され、底の上に堆積するであろうスラッジの「渦」をもたらす。
【００２０】
さらなる実施形態では、混合チャンバーは、四つの相互に概ね直交する方向に混合チャンバーから外側に向けられた仕切りの少なくとも六つの開口を備える。これは、全ての四つのウインド方向に混合された流入液流れの外向き分配を可能とする。好ましくは、これは、反応器底の一部のみを覆う、制限されたサイズの混合チャンバーの使用を可能とし、より高いスラッジ濃縮は、反応チャンバー内に向けられた流入エネルギーによって攪拌される。
【００２１】
さらなる態様によれば、バイオリアクターの反応器容器内で流入液を混合する方法が提供される。この方法のある実施形態では、混合チャンバーは、反応器容器内の反応チャンバーから仕切りによって分離させられた状態で設けられ、当該反応チャンバーは概ね混合チャンバー上に配置される。流入液が混合チャンバー内に供給される。流入液と再利用原料との、さらなる混合物は混合チャンバー内に投入される。再利用原料の流れはダウナーを用いて混合チャンバーへと供給できる。ある実施形態によれば、混合チャンバーから反応チャンバーへの仕切りの開口を経た流体の流れが実現される。好ましい実施形態によれば、流入液供給物は仕切りの開口に向けられる。これは、流入液導入システムから反応チャンバーへのその経路上での、供給される流入液の消散エネルギー量を低減する。
【００２２】
本発明は、概ね混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離された混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターに関する。
【００２３】
バイオリアクターは、反応器内へと再循環されることになる流入液あるいは排水を運ぶための、ある種の流入液導入システムを必要とする。たとえば、欧州特許第0539430号明細書から、反応器容器内の混合チャンバー内へと流入液を最初に運ぶことが有利であることが知られており、ここで、流入液は既に部分的に再利用された物質と混合される。続いて、流入液および再利用原料の混合物は反応チャンバー内へと完全に運ばれる。
【００２４】
混合チャンバー、したがって、再利用される原料の混合物が反応チャンバー内に投入されるポイントは、反応器の底に配置できる。重いスラッジ粒子および固形異物は反応器の底に沈む傾向があり、一方、汚れていない流体は、反応器コラム内で、より高いところに見出され、この結果、流入液物質は、最初、底付近に投入され、続いて、処理されるときに浮き上がることが許容されるべきである。このために、バイオリアクター容器は、通常、長手方向軸線が重力の方向に向けられた状態で、シリンダーとして形成される。だが、その他の容器形状も可能である。
【００２５】
より重い物質の沈降の結果、反応器容器の底に汚染スラッジが沈殿する。ある量のバイオマスがバイオリアクターの運転のために必要であるが、過剰な量は、たとえば、スラッジ放出システムによって除去する必要がある。
【００２６】
バイオリアクター内のスラッジが混合チャンバーを反応チャンバーから分離する仕切りを押し下げることは問題である。この問題は、混合チャンバーを、スチールなどの硬質素材から構成することで解消可能であることが知られているが、欠点は増大するコストである。仕切りを形成するために、合成素材、たとえばプラスチックを使用するのが、よりコスト効率に優れるであろうが、公知の混合チャンバーの上面のスラッジの重量のために、その使用は実際的ではない。
【００２７】
公知の混合チャンバーは、通常、反応器容器床面積の全て、あるいは、ほとんどを占有する。こうした混合チャンバーを組み立てることは、通常、反応器容器の側面に対する溶接接続を伴う。ところが、こうした接続は実施にコストがかかる。さらなる欠点は、反応器容器の設計は混合チャンバーの設計および製造の影響を受けることである。これは、バイオリアクター用途のための産業的に利用可能な標準容器の使用を困難なものとする。
【００２８】
公知の混合チャンバーのさらなる問題は、混合チャンバーが反応器容器床面積の全てあるいはほとんどを占有する場合、反応器容器床上にあるいはその付近にスラッジ排出システムのための空間が存在しないか、あるいはそれが制限される、というものである。
【００２９】
さらに、欧州特許第0539430号明細書による混合チャンバーは、混合チャンバーの底から上端まで延在するスリットである、混合チャンバーから反応チャンバー内へと原料を導くための排出システムを有する。この場合、原料は混合チャンバーの全高に沿って投入される。上述したように、理想的には、流入液あるいは流入液と再利用原料の混合物は、可能な限り反応器容器底の近くで、反応器容器内に投入される。混合チャンバーの全高にわたって排出口を有する公知の混合チャンバーは、したがって、最適ではない。
【００３０】
本発明の目的は、これらの問題の一つ以上を克服することである。
【００３１】
このために、本発明は、概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、仕切りは、骨組み要素から形成された骨組みによって支持されたプレートから形成され、骨組み要素は、本質的に仕切り側面に沿って存在するバイオリアクターを提供する。仕切りに沿って延在する骨組み要素を提供することによって、仕切りに沿ってコスト効率に優れたサポートを提供できる。
【００３２】
本発明の一実施形態に基づく混合チャンバーはハウスを備える。それは、本質的に、床、壁を形成する側壁、および任意選択でルーフを有するボックスとして形成可能である。壁および任意選択のルーフは反応チャンバーと共に仕切りを形成する。
【００３３】
ある実施形態では、上記ハウスは、反応器容器／反応チャンバーの床あるいは底の限定された面積を占有する。これは、スラッジをハウスに隣接して堆積させることを可能とし、混合チャンバーのハウス上に集積されるスラッジの重量を制限する。底表面積の限定された利用と組み合わされた骨組みの使用はコスト効率に優れる解決策である。
【００３４】
混合チャンバーの壁およびルーフのために使用される、あるコスト効率に優れた素材は十分な強度を持たない、という問題を解決するための一つの手法は、骨組みあるいは架構を用いて構造体を強化することである。だが、混合チャンバー内の流動パターンが、この骨組みの要素によって制限されないことが重要である。というのは、これは混合プロセスを妨害するからである。構造体を強化するための好ましい手法は、それゆえ、それに、構造体の壁およびルーフを形成するプレートを支持する十分な強度の素材からなる骨組みを付与することであり、ここで、骨組みを形成する、たとえばリブ、サポートバー、および梁状サポートなどの骨組み要素は、本質的に、壁およびルーフを形成するプレートと同一平面内に存在し、この結果、骨組み要素は、混合チャンバー内での物質の流動を妨害しない。
【００３５】
ある実施形態では、骨組みは、仕切りを局所的に支持するための仕切りのプレート状部分に沿って配置された骨組み要素を備える。骨組み要素はバーからなっていてもよい。バーは、限定された様式でしか流れを妨害しない。
【００３６】
床と平行なある方向において、ボックスは、別な、床と平行な、垂直方向よりも大きなものとなる。第１の方向はチャンバーの長さと呼ばれ、第２の方向は幅と呼ばれる。床と(ほとんど)一致する平面と、ルーフあるいは混合チャンバーの最上位ポイントとの間の距離は、高さと呼ばれる。好ましくは長さ軸線に沿って、たとえば規則正しく配置された要素の形態で上記骨組みを組み立てかつ配置することが有利であり、この場合、要素はたとえばサポートビーム、ピラー、アーチ、あるいは梁であり、これは、それに対してプレートを接合できる頑丈な架構を提供する。全てのプレートは、協同で、この場合、混合チャンバーと反応チャンバーとの間に仕切りを形成する。プレートは、骨組みの外側あるいは内側(ここで、内側は混合チャンバーに面することを意味する)で接続可能であり、あるいは骨組み部分間で接続可能である。本発明に基づく好ましい実施形態では、骨組み要素は、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離をおいて配置された梁を備える。この梁は、仕切りを形成するプレートを取り付けることができるサポートを形成する。構造体の最も長い軸線に沿って通常の様式で梁を配置することは、骨組みに荷重を均等に分散させ、かつ、当該軸線に沿って固定されたプレートサイズの利用を可能にするという利点を有する。
【００３７】
さらに好ましい実施形態では、骨組みは外部骨組みであり、これは、プレートが混合チャンバーに本質的に面する骨組み要素の底面に取り付けられることを意味する。これは、混合チャンバーに面する仕切りの内面を、本質的に平滑とすることができるという利点を有し、これは混合にとって有益である。さらに、システムはそれゆえ、周囲の反応チャンバーの圧力に比べて、混合チャンバー内の一時的な過剰圧力に関して、より頑丈である。これは、たとえば、ダウナーからの流入液内にあるいは流体内に高い濃度のガス状物質が存在する場合に生じ得る。
【００３８】
本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、混合チャンバーの底から延在するプレートは、混合チャンバー最下面に対して、４５ないし８５度の、好ましくは５５ないし７５度の角度を有する。最下面に対して８５未満で、好ましくは７５度未満で壁を配置することによる、非垂直壁の利点は、そうすることで、混合チャンバーのルーフに比べて混合チャンバーのルーフの面積が低減されることである。ルーフの低減された面積は、そこに沈降するスラッジを少なくすることができる。だが、壁の傾きは過度に小さなものであってはならない。さもなければ、スラッジは壁の上に同様に沈降する。したがって、最下面に対する４５度の、好ましくは５５度の最小角度が有利である。
【００３９】
本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、プレートは、混合チャンバーの最下面から距離ｄだけ離間した一つ以上の開口を有し、ここで、距離ｄは混合チャンバーの最下および最上面間の差の半分未満である。上述したように、可能な限り反応チャンバー床の近くで反応チャンバー内に流入液および再利用原料の混合物を投入することが有利である。
【００４０】
上記混合物と反応チャンバー内のスラッジとの間の相互作用のための最適な条件を実現するために、本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられる。
【００４１】
反応容器内の混合チャンバーあるいは混合チャンバーの集合体が反応器底の全面積を占有しない場合、ほとんどのスラッジが堆積する場所に、すなわち反応器の底に、スラッジ排出システムを配置するための場所が存在する。したがって、本発明の好ましい実施形態では、反応器容器はさらに、反応器容器の反応器底上に、あるいはその近傍に配置されたスラッジ排出システムを備える。
【００４２】
スラッジ排出システムが、混合チャンバー仕切りの開口と、反応器容器床から本質的に同じ距離に配置される場合は特に有利である。
【００４３】
本発明に基づく、ある実施形態では、反応器容器は、反応チャンバーの床上に少なくとも二つの混合チャンバーを備え、この場合、混合チャンバーによって占有される当該床の面積は、当該床の全面積の半分未満であり、スラッジ排出システムのための十分な空間が残る。さらに、混合チャンバーは、混合物質を反応チャンバー内へと導くための開口を有する。最適混合のために、これらの開口から送り込まれる混合物原料の流れに、ある方向を与えることが有益である。好ましい実施形態では、これは、プレートが、当該プレートの表面と主として直交する方向に向けられたパイプの部片によって形成された一つ以上の開口を有する場合に実現可能である。パイプの部片の方向を調整することによって、たとえば、それらが配置される混合チャンバー壁に対してチューブの向きを変化させることによって、あるいは反応器容器内での混合チャンバー全体の向きを調整することによって、流入する混合物の流れは、バイオリアクターの設計者によって決定でき、かつ、最適な反応器効率をもたらすために設定できる。
【００４４】
本発明に基づく、ある実施形態では、混合チャンバーは、たとえばボルトを用いてベースプレートに対して混合チャンバーあるいは骨組みを固定することによって反応チャンバーの床に対して固定され、そして、このベースプレートは、今度は、反応チャンバー床に対して、溶接、ボルト結合、あるいはその他の方法で固定される。
【００４５】
たとえば、反応チャンバー内へ原料を導入するための開口の詰まりに起因して、あるいは混合チャンバーの上端に集まる流入物質中の高いガス濃度に起因して、混合チャンバー内の圧力が望ましくないレベルまで上昇することがある。過剰圧力を解放するために、反応チャンバーの床と混合チャンバープレートの下側縁部との間にはギャップが存在してもよい。このギャップは、たとえば、混合チャンバー骨組みが固定されるベースプレートと同じ高さを有し得る。このギャップは混合チャンバー内外の液圧力を概ね等しく維持するのを助ける(典型的な圧力差は約０.５メートルの水圧(０.０５バール)である)。ベースプレートは互いに距離をおいて設けることができる。
【００４６】
好ましい実施形態では、混合チャンバー排出システムはさらに、反応チャンバーへと、流入液中の、あるいは流入液および再利用原料の混合物内のガス状物質を輸送するよう構成された付加的な排出手段を備える。上記排出手段は逆Ｕ字形であってもよく、この結果、ガス状混合物は反応チャンバー内に逃げることができるが、反応チャンバーからの液状あるいはスラッジ物質が混合チャンバー内へと吹き戻ることはない。これに代えて、排出口がバルブの形態で配置されてもよい。混合チャンバーの上端付近に排出口を配置するのが有利である。というのは、ここはガス状物質が溜まる場所であるからである。
【００４７】
本発明のある実施形態においては、かつ／またはその別な態様によれば、混合チャンバーは、より剛性のある素材からなる骨組みを伴わずに実現される。したがって、本発明のある実施形態は、概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであり、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床と、４５度ないし８５度の、好ましくは５５度ないし７５度の角度をなす壁を有し、かつ、混合チャンバーは、ダウナーチューブに接続されたルーフ部分を有する。上記バイオリアクターは、上述した有利な特徴と組み合わせることができる。この態様に基づく混合チャンバーの好ましい実施形態は、ハウスとして形成された混合チャンバーを備え、これは反応器容器の底の表面積の限定された領域を占有する。これは、スラッジが混合チャンバー付近に堆積することを可能とし、そして、ある実施形態においては、混合チャンバーによって占有されていない反応器容器の底に形成されかつ配置されたスラッジ除去システムを用いて、(定期的)間隔をおいてスラッジを除去することを可能とする。これは、混合チャンバー上のスラッジの圧力／重量を低減することを可能とし、少ない素材を用いた混合チャンバーの建造を可能とする。
【００４８】
特定の実施形態を本明細書において説明したが、本発明はこの特定の実施形態に限定されないことは当業者にとっては自明である。暗示的な利点を有する特徴だけでなく明示的な利点と共に説明された特徴を含む、本明細書中で説明した特徴のいずれかは、この開示の中に含まれており、かつ、特許請求の範囲に記載した事項の、そして特に分割出願の一部となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】バイオリアクターの垂直断面図である。
【図２ａ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｂ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｃ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｄ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図３ａ】反応チャンバー内の混合チャンバーの平面図である。
【図３ｂ】スラッジ排出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
排水処理においては多くの手法が存在することが知られている。選択肢の一つは、排水中の有機物質の消化が準備される様式である。これは、たとえば、嫌気性消化(これは酸素の存在しない状況で実施される細菌性処理である)あるいは好気性消化(これは酸素が存在する状況下での細菌性処理である)によって実施できる。嫌気性状況下では、スラッジ細粒と低脂肪酸などの水溶性物質との接触の結果、反応チャンバー内で発酵が生じ、メタンが生成される。
【００５１】
図１に示すバイオリアクター１は、嫌気性排水処理設備であって、反応器容器４１を備え、その内部が反応チャンバー２である。言うまでもなく、広範な反応器サイズが可能である。反応器容器４１の寸法は、高さ８〜３０メートル、直径３〜１５メートルである。嫌気性排水処理容器に関する典型的な寸法は、高さ２０〜３０メートル、直径５〜１５メートルである。反応チャンバー２内では、汚染された流体はスラッジと相互作用し、特に嫌気性細菌処理がそこで行われる。反応チャンバー２の床１０上には、少なくとも一つの混合チャンバー３が存在し、これは、入ってくる流入物質を、部分的に再循環される物質と混合する。混合チャンバー３は、処理のための反応チャンバー２内へと流動性混合物を導入するよう設計される。各混合チャンバー３は導入システム４を介して流入物質を受け取る。流入液は混合チャンバー３内へと外部からポンプ４２で圧送され、パイプ４３によって配分される。
【００５２】
導入システム４はまた、混合チャンバー３に接続されたダウナー７を備える。ダウナー７は、バイオリアクター１の高い領域からの再利用物質を再び混合チャンバー３内へと戻す。それが流入物質と混合された後、新しくかつ部分的に再利用される物質の混合物は再び反応チャンバー２内へと戻される。通常、反応チャンバー２内には各混合チャンバー３のための一つのダウナー７が存在する。
【００５３】
図示する実施形態における混合チャンバー３は、本質的に、混合チャンバー３と反応チャンバー２との間に仕切り４４を備えた、ボックス形状である。仕切りすなわち膜４４は、通常、たとえばポリプロピレンなどのプラスチックからなるプレート８によって形成される。混合チャンバー３のルーフ９および床は、本質的に、反応器容器床と平行である。だが、たとえば円錐あるいはピラミッド形状のルーフを持たない構造、および／または、たとえば逆ピラミッドあるいは漏斗形状のルーフを持たない構造を考えることもできる。
【００５４】
図１から分かるように、反応器容器床１０は本質的に反応チャンバー床と同じである。本明細書では、この二つの用語は交換可能に使用する。
【００５５】
混合チャンバー３と反応チャンバー２との間の流体接続を形成する円形開口４９がプレート８に設けられ、混合チャンバー３内への導入システム４の排出口を形成している。導入システム４１の排出口は、この実施形態では、円形断面１２を備えた仕切り４４を経て延在する多数の小さなパイプ６６(図１には示していない。図２ｃ参照)からなる。導入システム４から、流入液は、導入システム４の排出口を経て吐出させることで、混合チャンバー内へと導かれる。混合チャンバーから、流体は開口４９を経て反応チャンバー２に入ることができる。
【００５６】
混合チャンバーから反応チャンバー内へと物質を導くための、さまざまなその他のタイプの開口４９が実施可能であるが、パイプの利点は、流出物質が、概してパイプ６６の長さに沿って誘導されることである。これは、バイオリアクターの設計者が、反応チャンバー内での反応のための最適な状況を得るための様式で、チューブのポジションおよび位置を設定することを可能とする。
【００５７】
パイプ６６は、混合チャンバー内へと内側にプレート８のある程度内部に延在し、かつ、反応チャンバー２内へとプレート８の外側から、ある程度延在している。スラッジは混合チャンバー３の上に堆積し得る場合、集められたスラッジはチューブ６６の上を落下し／滑り、パイプ出口を詰まらせることはない。
【００５８】
好ましい実施形態では、導入システム４の排出口はさらに一つ以上のガス解放システム１３を備え、これは、混合チャンバー３からのガス状物質を反応チャンバー２内へと導く。解放システム１３を混合チャンバー３のルーフ９の上に配置することは有利である。なぜなら、ガス状物質は混合チャンバー３の上端まで上昇するからである。図１に示すもの以外の圧力解放システム１３、たとえばバルブは当業者にとって公知である。解放システム１３は、好ましくは、反応チャンバーからのスラッジ物質が混合チャンバーに入ることを抑止するために、逆Ｕ字形状を有する。
【００５９】
混合チャンバーの特徴を、図２および図３と関連付けて詳しく説明する。
【００６０】
導入システム４の排出口は、仕切り４４を経て反応チャンバー２内へと流入液および再利用物質の流動性混合物を移送する。反応チャンバー２内で嫌気的反応が生じる。流入物質が処理されているとき、軽い物質、たとえばガスおよび液体は、反応チャンバー２内で概して浮き上がる。
【００６１】
図１に基づく実施形態において、バイオリアクター１は、第１段階収集システムすなわちセパレータ１７を具備してなり、これは主としてガス状および液状物質を集めるよう構成されている。第２段階収集システムすなわちセパレータ１８が同様に設けられる。両収集システム１７および１８は、第１段階の場合には相互接続ライザー１９を介して、分離チャンバー２０内へと物質を導く。この分離チャンバー２０はガス状物質を物質の残部から分離させる。ガス状物質はバイオガス排出口２１を経てチャンバーから排出できる。その他の物質はダウナー７内で収集され、そして再び混合チャンバー３内へと導入システム４を介して輸送される。こうして混合チャンバー３は流入物質および部分的に再循環される物質を混合する。ダウナー７および相互接続ライザー１９は、線によって、大まかに示している。
【００６２】
図１において、ダウナー７は混合チャンバー３のルーフ９に取り付けられている。混合チャンバー３がダウナー７を支持しても、あるいはダウナー７が混合チャンバー３を支持するのを助けてもよい。たとえば混合チャンバー３の内部の導入口を介するといった、ダウナー７を混合チャンバー３に接続するための、その他の手法も同様に実施可能である。本発明のある実施形態では、図１には示していないが、流入物質の一部または全部が、分離チャンバー２０と混合チャンバー３との間のどこかで、ダウナー７内に投入され、かつ、そこから混合チャンバー３へと輸送される。
【００６３】
反応チャンバー２はさらに、放出すなわち浄化された液状物質のための流出液排出システム２２を備える。この流出液排出システム２２は収集システムであり、反応チャンバー２からの放出流体を蓄積するが、これは、続いて、流出液放出部２３を介してバイオリアクターの外に出ることができる。流出液排出システム２２は大まかに示しているに過ぎない。
【００６４】
図１に基づく実施形態においては、物質を反応チャンバー２の外に出すための三つの様式が存在する。第一に、浄化された流体は流出液排出システム２２を経てシステムを出て行くことができる。第二に、ガスおよび流体の混合物は、収集システムステージ１７あるいは１８の一つに入ることができる。この場合、ガス状物質はバイオガス排出口２１を経てバイオリアクターから出て行き、そして、その他の物質はダウナー７を経て混合チャンバーへと再び送り込まれる。第三に、流体および固形物質の混合物はスラッジ放出システムによって除去される(図１には示していない)。
【００６５】
図２ａ〜２ｃは、混合チャンバーの三つの断面、すなわち正面視(２ａ)、側面視(２ｂ)および平面視(２ｃ)を示している。
【００６６】
図２の混合チャンバー３は、バイオリアクター１の外側に配置されたポンプ４２に接続された、流入液あるいは流入液および再利用原料４の混合物のための導入システムを備える。この導入システム４は、流入液が、バイオリアクター１に、特に混合チャンバー３に流入することを可能とする。
【００６７】
ポンプ４２から、図２ｄに示す実施形態によれば、三つのパイプ５０,５１,５２が反応器容器４１に入る。パイプ５０〜５２は混合チャンバー２に接続されかつそれに入り、仕切り４４の開口を経て延在する。パイプ５０〜５２は分配パイプ５３〜５５に接続される(図２ｃに詳しく示す)。分配パイプ５３〜５５は反応器容器４１の底１０の上で、ほとんど水平面内で延在する。流入液導入システム４はパイプ５０〜５２および５３〜５５、ならびにダウナー７を備える。流入液導入システム４は、さまざまな数のパイプおよび／または図に示すのとは異なる配置状態のパイプを用いて構成できることは当業者にとって自明である。たとえば、流入物質は、ルーフ９を貫通して延在する一つのパイプ５１を有するのに代えて、全てがチャンバー仕切りの側面を貫通して延在するパイプを経て、混合チャンバーに流入できる。
【００６８】
分配パイプ５３〜５５はそれぞれ多数の排出口すなわち出口を有する。分配パイプは流入液のための五つの排出口を有する。排出口はノズル６０〜６４によって形成される。ノズル６０は図２ｂの側面図に示されている。ノズル６０〜６４は仕切り４４に向けられるが、これは(ここではパイプ６６の形態)開口を備える。流入液は、混合チャンバー３内に既に存在する流体との混合を可能とするために混合チャンバー３に流入する。さらに、仕切り４４におけるノズル６０〜６４の方向の結果として、混合チャンバーからの流体は、パイプ６６内への流入液と共に反応チャンバー２内へと吸い込まれる。
【００６９】
ある実施形態では、図２ｂに断面視で示すパイプ６６は、混合チャンバーの内部から仕切り６５を経て延在しており、かつ、仕切り４４から反応チャンバー２内へと外側に延在している。
【００７０】
流入液導入システム４は、さらに、仕切り４４とは反対方向に仕切りに向かって反対方向に向けられた五つのノズルをやはり有する分配パイプ５５を備える。
【００７１】
分配パイプ５４は、反対方向に向けられた四つのノズル７０〜７３を有し、これらはまた、混合チャンバー３からの液体が開口を経て反応チャンバー２内へと吐出するための開口を有する、別な仕切り壁に向けられている。
【００７２】
ノズル端部６７と、仕切りを貫通するパイプ６６の近位端部６８との間の、図２ｂに示す自由スペース６９は、混合チャンバー３を貫通するノズル６０からの流入液のための自由経路を形成している。
【００７３】
流入液が混合チャンバー３内に供給されるとき、それはノズル６０〜６４によって加速され、当該ノズルは混合チャンバー内へと流体／流入液を吐出させるために表面積の縮小を伴う。ノズル８０の実施形態の細部は図２ｄに示されており、これは、分配パイプの表面積に対する、ノズル８０の吐出端部８１における、少なくとも２０％の、ここでは５０％の表面積縮小を示している。直径８３は、直径８２よりも少なくとも１０％小さい。
【００７４】
自由通路６９は、ある実施形態では、約２０〜８０ｍｍ、好ましくは３０〜５０ｍｍである。ノズル８１の直径８３は、好ましくは、約７０〜１２０ｍｍである。ある実施形態では、パイプ６６の直径は約１２０〜１８０ｍｍである。
【００７５】
ノズルの吐出端部８１はパイプ６６の開口６８に向けられており、当該パイプは、ノズル端部６９,８１の表面積よりも大きな、好ましくは約３０％、さらに好ましくは約５０％大きな表面積を有する。
【００７６】
ノズル端部６７において流入液が混合チャンバー３内に供給されるとき、それは、その速度の結果として、混合チャンバーから流体を引き込み、すなわち汲み出す。混合チャンバー３からの流入液および流体の混合物はパイプ６６の開放端部６８内に流入する。混合チャンバー３からの流入液および流体の混合は、流入液の導入エネルギーを使用した結果である。さらに、導入エネルギーは反応チャンバー２内への混合物流のためのエネルギーとして直に供給される。
【００７７】
パイプ６６およびノズル６０の中心線９８は概ね整列している。
【００７８】
さらなる分配パイプ５４は、ダウナー７から混合チャンバー３に流入する再利用混合物、およびポンプ４１から混合チャンバーに流入する流入液の一部の渦流を実現するために、ダウナー７に対して接線方向に向けられたノズル７８,７９を備える。
【００７９】
図２ａは、ダウナー７をルーフ９と連結するためのルーフ９上に配置されたフランジ９０を示している。フランジ９０の使用は、ルーフに対してダウナー７を素早く連結することを可能とし、コスト節約が図れる。
【００８０】
混合チャンバーを、プラスチックなどの比較的安価な素材、特にポリプロピレンあるいはポリエチレンから形成するのが有利である。だが、主としてその上面に堆積するスラッジに起因した外圧に抗するために必要な強度をチャンバーが持つために、本発明に基づいて、さまざまな手段がとられる。
【００８１】
図２ａに基づく実施形態では、混合チャンバー３は仕切り４４を、ここでは、混合チャンバーの壁およびルーフ９を形成するように一緒に配置されたプラスチックプレート８を備え、それに対して、支持構造体あるいは骨組み１４、ここでは、梁すなわちリブ１５の形態の外部骨組みが取り付けられる。この手段は、構造体を強化する効果を有し、したがって、それは、その上面上のスラッジからの圧力に、さらに十分に耐えることができる。ある実施形態では、金属梁１５が使用される。別な実施形態では、梁はまたプラスチックから形成される。骨組みあるいは支持フレームとして梁／リブを使用することによって、混合チャンバー３を形成するための唯一の素材としてプラスチックを使用することが可能となる。
【００８２】
別な実施形態では、混合チャンバー３のハウスは、それ自体、たとえば仕切りのための金属プレートを用いることによって自立可能である。
【００８３】
図２ａは、混合チャンバー３の長さに沿って割り当てられた７個の梁１５の側面図である。図２ｂは、あるそうした梁１５の断面を示している。したがって、ある好ましい実施形態では、側壁およびルーフ９を形成する直線部分は、壁およびルーフ９を形成するプレート８に沿って存在し、したがって混合チャンバー３の内部の流れを乱さない。梁部分１５はプレート８の内側に、あるいは外側に取り付けられてもよい。プレート８の外側に梁１５を取り付けるのは有益であり、これによって、混合チャンバー仕切りの内面は平坦かつ滑らかとなり、最適な混合を可能とする。これは外部骨組みを形成する。さらに、外部骨組みは、過剰圧力が生じる場合、混合チャンバーを強化する。
【００８４】
ある実施形態は、混合チャンバー３のために二つの素材、支持構造体１４のための、第１のより硬質な素材およびプレート８によって形成された仕切り４４のための第２のよりフレキシブルな素材を利用する。別な実施形態は、自立形態で壁およびルーフの構造体全体を形成することであり、これは、支持構造体の必要性を排除するが、使用される素材の要求(およびおそらくはコスト)を増大させる。スチールプレートを、混合チャンバー２のハウスを製造するために使用できる。
【００８５】
反応チャンバーからの押圧力に抗するための第２の手段として、ルーフ８および壁９はスラッジ堆積物に関して有利な形状とされる。ルーフ９は相対的に小さく形成され、すなわち、それは、上から見たときに相対的に小さな表面積を有する。図１および図２に基づく実施形態において、混合チャンバー３は、底１０の表面領域の全表面積の３０％未満を、好ましくはその２０％未満を占有するルーフ９を有する。相対的に僅かな量のスラッジしか、このルーフ９の上には堆積しない。
【００８６】
外部骨組みを用いることで、梁１５はルーフ９の上に配置され、スラッジがルーフ９から離れるように案内されることを可能とする流動ガイドを形成する。
【００８７】
依然として、ルーフは、概して、導入システムの、たとえばフランジなどの接続手段を支持するのに十分なほど大きく構成される(図２Ｃ参照)。壁８は、反応器容器４１の床に対して角度アルファで配置され、その上には反応チャンバー２が配置される。有利な角度は、少なくとも４５度、好ましくは５５ないし７５度である。９０度に近いような大きな角度は不利である。というのは、これは、ルーフ面積が増大し、この結果、スラッジがそこに堆積し得ることを意味するからである。壁８のスロープはスラッジがそこに堆積するのを阻止するのに十分なほど急であるのが、より急ではなく、たとえば５５ないし７５度であるのが理想である。これによって、混合チャンバー３の上に堆積しようとするスラッジのほとんどが反応器容器床１０へと滑り落ちることが保証される。これは、混合チャンバー１０へのストレスの観点から、そしてバイオリアクター１の働きの観点から有益であるが、これは、床１０付近の重い物質と上方の軽い物質との間に最大の高さ分離が存在する場合に、最も良好に機能する。
【００８８】
混合チャンバー３は、チャンバーの底ストリップ１５の孔を貫通するピンあるいはネジを用いて反応器容器４１の床１０に取り付けられる。容器床１０に対して混合チャンバー３を取り付けるために、さまざまな手法が存在することは当業者には自明である。本発明に基づく、ある実施形態では、混合チャンバーは、たとえばボルトを用いてベースプレートに対して底ストリップ１５を固定することによって反応チャンバーの床に対して取り付けられ、このベースプレートは、今度は、反応チャンバー床に対して、溶接されるか、ボルト結合されるか、あるいはそれ以外の方法で固定される。反応チャンバーの床と混合チャンバープレート８の下側縁部との間にはギャップが存在してもよい。このギャップは、たとえば、混合チャンバー骨組みが取り付けられるベースプレートと同じ高さを有していてもよい。
【００８９】
本発明のある態様に基づいてハウスとして形成された混合チャンバー３への重量を加えるスラッジの作用を低減するための第３の手段が図３に示されているが、これは、円筒形容器１１内の反応チャンバーの床上の四つの混合チャンバーの平面図である。ここでは、反応チャンバー２の床および反応器容器４の床１０は同義であり、混合チャンバーが載置される表面を指している。図３から分かるように、全ての混合チャンバー３によって同時に占有される反応チャンバー床領域１０全体は、通常、床領域１０の半分未満であり、床１０上の混合チャンバー３の位置は等しく割り当てられている。したがって、スラッジの大半は、直ちに床１０の上に堆積し、一部は傾斜した壁を滑り落ちて床上に達し、僅かなスラッジのみが混合チャンバー３のルーフ９の上に留まる。たとえば反応器４１の床全体にわたる欧州特許第0539430号の円錐構造などの、公知の混合チャンバー３に比べて、これは、混合チャンバー構造体３に加わる力が大きく低減されることを、したがって構造体は、より軽くかつよりコスト効率の良い素材を用いて形成できることを意味する。
【００９０】
したがって、やはり全面積および反応チャンバー容積に対する混合チャンバー容積の比率に依存して、一つの大きなものよりも、一つ以上の小さな混合チャンバー３を有することは、より有益である。これは、スラッジの大半が堆積するのに利用可能な十分な床面積が存在することを保証し、かつ、排出システムチューブ１２を方向付けるのに十分な利用可能な床面積が存在することを意味し、この結果、最適な反応条件が実現される。
【００９１】
図３ａは、床１０１を有すると共に約１５メートルの直径を有する反応器容器１００を有する、異なるバイオリアクターの断面図である。図３ａに基づく、そうした構造においては、底１０１は、床面１０１上に割り当てられた四つの混合チャンバー１０２〜１０５を備える。混合チャンバー１０３および１０５は概ね同じサイズを有し、一方、チャンバー１０２および１０４は概ね同じサイズを有する。混合チャンバー１０２〜１０５は、図２ａ〜２ｃに基づく混合チャンバーのハウスと、ほとんど同じように構成される。
【００９２】
混合チャンバー１０２〜１０５のハウス(ただし、混合チャンバー３も同様)は、好ましくは、約２〜３メートルの幅を有し、そして４〜９メートルの間で変化する長さを有することができる。梁は、好ましくは、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離を置いて配置され、梁は、幅方向に延在すると共にハウスを支持する。
【００９３】
本発明に基づく混合チャンバーは、ボート形状ハウスを備える。そうしたハウスは製造ステップにおいて事前に建造できる。これは、バイオリアクターのモジュール式発展を可能とする。さらに、ボート形状混合チャンバーを建造することで、従来技術に比べて、組み立て時間が大幅に節約され、コスト節約が可能となる。さらに、ボート状構造体は、それに対してダウナーを接続できるルーフを形成することを可能とする。
【００９４】
図３ａによる平面図から分かるように、それぞれの混合チャンバー１０２〜１０５の仕切りを貫通するパイプ１０６は、概ね全ての四つの方向に混合チャンバー１０２〜１０５から離れるように向けられている。これは、底面１０１と概ね平行に反応チャンバー内へと混合チャンバー１０２〜１０５から流体を供給することを可能とし、反応チャンバー内での,ある程度の混合を可能とする。底１０１の上に堆積する,さらなるスラッジが乱され、パイプ１０６から吐出する流れの結果として再利用および再循環され、反応チャンバー内で再利用される。
【００９５】
流入液導入システム１１５が図３ａに示されており、これは、混合チャンバー１０２〜１０５内の分配パイプに接続された１２本のパイプを有する。流入液の配分は、概して、図２ａ〜２ｃに基づく分配と類似している。パイプは、好ましくは、プラスチックなどの人工素材から形成される。
【００９６】
ダウナー１１０〜１１３は、底１０１の表面領域に対して非常に制限された面積を有するルーフ表面に接続され、当該ダウナー１１０〜１１３はバイオリアクターの上端からの再利用物質の分配を可能とする。ここで、ルーフ表面積は床表面積全体の１０％未満である。
【００９７】
図３ａには示していないが、図３ｂの実施形態と同様に、スラッジ除去システムを、床１０１に存在するスラッジを除去するために底１０１付近にあるいはその上に配置できる。
【００９８】
混合チャンバー１０２〜１０５の仕切り壁が相対的に急な角度で配置されるので、スラッジは仕切りの上には集積せず、床１０１に集積され、そしてスラッジ除去システムは、スラッジを、より素早く除去することができる。
【００９９】
図３ｂはスラッジ排出システム３０を示しており、これは、導入開口３２を備えた反応器内のチューブと、反応器容器外部の排出出口３１とを備える。相対的に小さなチャンバー３が反応器容器４１の底１０の上にスラッジ排出システムを配置するのに十分な空間を残すことが本発明の利点である。このスラッジ排出システムを低い高さに位置させることが有益である。なぜなら、スラッジは底に沈むからである。さらに、スラッジ排出システム３０と本質的に同じ高さで配置された混合チャンバー排出開口１２を有することが有利である。
【０１００】
スラッジ排出システム３０は、容器４１の外部に配置されたポンプに接続可能である。ある実施形態では、スラッジ排出システムは、反応器容器４１の床の上で延在するスラッジ排出システムのパイプの長さにわたって割り当てられた開口を備える。
【０１０１】
混合チャンバーは、当業者には公知の簡単な取り付け手段によって、円筒形容器、あるいは、もちろん、局所的に平坦な床を備えた何らかの形状の容器の床上に配置でき、しかも、たとえば円筒形容器の側面に溶接される欧州特許第0539430号の円錐構造体を備えた場合のように、周囲の容器と別の方法で構造的に一体化されないことが本発明のさらなる利点である。本発明に基づいてバイオリアクターを製造する際、これは、オーダーメードのバイオリアクター容器ではなく、市販されている容器を使用を可能とし、これはコストの点で著しく有利である。
【０１０２】
さらなる態様によれば、本発明は以下の条項に関する。
【０１０３】
条項１：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、仕切りは、骨組み要素から形成された骨組みによって支持されたプレートから形成され、骨組み要素は本質的に仕切り側面に沿って存在するバイオリアクター。
【０１０４】
条項２：骨組み要素は、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離を置いて配置された梁を備える、条項１に基づくバイオリアクター。
【０１０５】
条項３：骨組みは外部骨組みであって、プレートは、本質的に混合チャンバーに面する骨組み要素の側面に取り付けられる、条項１または２に基づくバイオリアクター。
【０１０６】
条項４：混合チャンバーは反応器容器の床上に配置された、床の７０％未満の、好ましくは５０％未満の限定された表面積を占有するハウスである、条項１ないし３のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０７】
条項５：混合チャンバーの底から延在するプレートは、４５ないし８５度の、好ましくは５５ないし７５度の、混合チャンバー最下面に対する角度を有する、条項１ないし４のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０８】
条項６：プレートは、混合チャンバーの最下面から距離ｄにある一つ以上の開口を有し、距離ｄは、混合チャンバーの最下および最上面間の差の半分よりも小さなものである、条項１ないし５のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０９】
条項７：混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられている、条項１ないし６のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１０】
条項８：反応器容器は、さらに、この反応器容器の反応器底上にあるいはその近傍に配置されたスラッジ排出システムを備える、条項１ないし７のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１１】
条項９：スラッジ排出システムは、反応器容器床から、混合チャンバー仕切りの開口と本質的に同じ距離に配置される、条項８に基づくバイオリアクター。
【０１１２】
条項１０：反応器容器は反応チャンバーの床上に少なくとも二つの混合チャンバーを備え、混合チャンバーによって占有される、この床の面積は当該床の全面積の半分よりも小さなものである、条項１ないし９のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１３】
条項１１：プレートは、このプレートの表面と主として直交する方向に向けられたパイプの部片によって形成された一つ以上の開口を有する、条項１ないし１０のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１４】
条項１２：混合チャンバー排出システムは、さらに、反応チャンバーへと流入液中のあるいは流入液および再利用原料の混合物中のガス状物質を輸送するよう構成された排出手段を備える、条項１ないし１１のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１５】
条項１３：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床と、４５度ないし８５度の、好ましくは５５度ないし７５度の角度をなす壁を有し、かつ、混合チャンバーはダウナーチューブに接続されたルーフ部分を有するバイオリアクター。
【０１１６】
条項１４：条項２ないし１２の特徴のいずれかと組み合わされた条項１３に基づくバイオリアクター。
【０１１７】
条項１５：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床上に配置されており、混合チャンバーは、反応器の床の全表面積の、５０％未満の、小さな表面積を占有し、かつ、スラッジ除去システムが、混合チャンバーと反応器容器の内壁との間で、床上にあるいはそれに近接して配置されているバイオリアクター。
【０１１８】
上記条項のいずれかは、添付された条項セットにおいて特定された特徴のいずれかと共に組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１ バイオリアクター
２ 反応チャンバー
３ 混合チャンバー
４ 導入システム
７ ダウナー
８ プレート
９ ルーフ
１０ 床
１２ 円形断面
１３ ガス解放システム
１４ 骨組み
１５ 梁
１７,１８ セパレータ
１９ 相互接続ライザー
２０ 分離チャンバー
２１ バイオガス排出口
２２ 流出液排出システム
２３ 流出液放出部
３０ スラッジ排出システム
３１ 排出開口
３２ 導入開口
４１ 反応器容器
４２ ポンプ
４３ パイプ
４４ 仕切り
４９ 開口
５０〜５５ パイプ
６０〜６４ ノズル
６５ 仕切り
６６ パイプ
６７ ノズル端部
６９ 自由スペース
７０〜７３ ノズル
７８〜８０ ノズル
８１ 吐出端部
９０ フランジ
１００ 反応器容器
１０１ 床
１０２〜１０５ 混合チャンバー
１１０〜１１３ ダウナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターに関する。本発明はさらに、反応器容器内で流入液をかき混ぜるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、反応チャンバーおよび混合チャンバーを有するバイオリアクターが知られている。導入システムは流入液および／または再利用原料が、仕切り(この仕切りはスリットを有する)によって反応チャンバーから分離された混合チャンバーを経て反応器容器に入ることを可能とする。混合チャンバーは円錐形状を有し、かつ、その底付近で反応器容器の内部に溶接されたスチールプレートを備える。導入システムは混合チャンバー内で接線方向流れを実現する。
【０００３】
流入液および／または再利用原料を混合チャンバー内で運ぶのに必要なエネルギーの多くは、特許文献１に基づく混合チャンバー内のサイクロン流によって消散される。やはり、仕切りを横切る圧力差は仕切り素材の強度的制約によって制限されるが、これは、混合チャンバー内での、そして結局は反応チャンバー内での流入液の不均一な分散を引き起こす。さらに、仕切りを横切る圧力差は、下流でバイオリアクターと接続されるガス抜きタンク内のレベルを増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第0 539 430号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした問題の少なくとも一つを軽減するのが本発明の目的である。これは、概ね混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターを提供することによって達成される。ある実施形態では、混合チャンバーは、流入液および／または流入液と再利用原料との混合物のための導入システムを有し、この導入システムは混合チャンバーに排出開口を有する。ある実施形態では、仕切りは、混合チャンバーと反応チャンバーとの間の接続部を形成する開口を有し、導入システムの排出開口は仕切りの開口に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、混合チャンバー内への流入液の流れを、開口において仕切りを経て反応チャンバー内へと誘導することを可能とする。流入エネルギーは、混合チャンバーから反応チャンバー内への流れを実現するために直接使用される。これはまた、混合チャンバー内の過剰圧力を低減することを可能とし、これは、混合チャンバーと反応チャンバーとの間の仕切りのために少量の素材を使用することによって低コストを可能とする。これは、原料の節約およびコストの低減を可能とする。
【０００７】
ある実施形態では、排出開口は仕切りの開口と整列させられる。これは、導入システムから、混合チャンバーを経て、開口内へと、そして反応チャンバー内へと至る流れの抵抗をさらに低減する。
【０００８】
好ましくは、流入液導入システムの排出開口は仕切りの開口に向けられかつ／またはそれと整列させられる。この構造は、より低い出力しか必要としない、より小型のポンプを有する導入システムを使用することを可能とする。
【０００９】
ある実施形態では、導入システムの少なくとも四つの排出開口は、仕切りの少なくとも四つのそれぞれの開口に向けられるか、あるいはそれと整列させられる。複数の開口を設けることで、流動抵抗のさらなる低減が実現される。
【００１０】
ある実施形態では、排出開口は、導入システムの表面積縮小を伴ったノズルを有する。導入システムは、混合チャンバー内へ流入液を供給するためのパイプを備える。流入液はノズルを経てパイプから吐き出されるが、このノズルは表面積縮小を実現し、これは流れの加速および圧力低減を可能とする。本発明によれば、加速された流れは仕切りを貫通する開口に向けられる。
【００１１】
好ましくは、縮小は少なくとも２５％である。これは十分な加速を保証する。さらに、加速された流れは、流れの周囲の流体に衝撃を与え、そして、続いて、この流体を加速させる。
【００１２】
ある実施形態では、排出開口の表面積は仕切りの開口の表面積よりも少なくとも２０％、好ましくは少なくとも４０％小さなものであり、この開口に排出開口が向けられる。そうした関係において、排出開口から開口内へと向けられる流れは、仕切りの開口を経て混合チャンバーから流体を引き込む。流入エネルギーは、この様式ではまた、流入液を、混合チャンバー内に既に存在する流体と混合するために使用される。
【００１３】
好ましくは、導入システムの排出開口と仕切りの開口との間の距離は、排出開口の断面の幅の８倍未満、好ましくは５倍未満である。導入システムの排出開口と仕切りの開口との間の流れの自由距離あるいは流動経路は、流動エネルギーの消散を抑えるために、そしてさらに過剰圧力を低減するために制限された長さを有する。依然として、この自由距離は、流れが仕切りの開口に向けられた状態で、混合チャンバーから流体を引き込むことを可能とする。
【００１４】
さらなる実施形態では、排出開口と仕切りの開口との間の距離は可変である。ある実施形態では、開口および／または導入システムの排出開口はバイオリアクターに移動可能に設けられており、二つの開口間の流れの自由距離の変更が可能となっている。ある実施形態では、開口はアクチュエータを用いて移動させられる。ある実施形態では、アクチュエータは中央プロセッサーを用いて制御され、これは、混合チャンバー内での混合の程度を制御するためのパラメーターをユーザーが調整することを可能とする自由距離をユーザーが制御あるいは設定することを可能とする。
【００１５】
ある実施形態では、仕切りの開口は、仕切りの一方側から、仕切りを貫通して、仕切りの他方側から外へと延在するチューブあるいはパイプを備える。このチューブは、仕切りの壁部分とチューブの開口との間の距離を提供する。チューブあるいはパイプの開口は、仕切り、好ましくはプレートから延在する結果として、開口の一部をたとえば詰まらせる可能性がある、たとえば仕切り上に集まるスラッジによって妨害されない。目詰まりスラッジは、開口の周囲でチューブを介して移送される。
【００１６】
ある実施形態では、仕切りの開口は反応器容器の反応器底に近接して配置される。スラッジは、反応チャンバー内に集積され、そして反応器底の底部へと、より高い密度の結果として沈むので、流入液の流入および導入システムによって提供される流入のエネルギーは、集積されたスラッジを乱すために使用され、これは、良好な混合および流入液の改良されたクリーニングにつながる。
【００１７】
ある実施形態では、混合チャンバーはさらに、流入液および再利用原料、たとえばダウナーの混合物のための排出開口に対して少なくとも部分的に接線方向に向けられた流入液導入システムの排出開口を備える。これは、混合チャンバー内での再利用原料の混合を可能とし、この混合は、流入液および再利用原料、たとえばダウナーの混合物のための排出開口周りの周方向の流れからなる。好ましくは、ダウナーは混合チャンバーのルーフ部分あるいは上端部分に接続され、かつ、ダウナーのチューブが収容される仕切りの開口を備える。ある実施形態では、混合物のための流出開口は混合チャンバーの上端セクションに配置され、一方、仕切りを貫通する開口は混合チャンバーの底部セクションの近傍に配置される。流入液および再利用原料の混合は、混合チャンバー内での十分な混合の後でのみ仕切りを貫通する開口に達する。
【００１８】
ある実施形態では、仕切りは、側壁に開口を有する混合チャンバーの当該側壁を備え、この側壁は反応器容器の底に対して直角をなしておらず、すなわち傾斜している。好ましくは傾斜が４５°以上の場合、傾斜した側壁はスラッジ沈着を阻止する。
【００１９】
さらなる実施形態では、混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられる。開口は混合チャンバーから外側に向けられる。流入エネルギーが混合チャンバーから外側に向けられ、かつ、反応器容器の底の上で消散され、底の上に堆積するであろうスラッジの「渦」をもたらす。
【００２０】
さらなる実施形態では、混合チャンバーは、四つの相互に概ね直交する方向に混合チャンバーから外側に向けられた仕切りの少なくとも六つの開口を備える。これは、全ての四つのウインド方向に混合された流入液流れの外向き分配を可能とする。好ましくは、これは、反応器底の一部のみを覆う、制限されたサイズの混合チャンバーの使用を可能とし、より高いスラッジ濃縮は、反応チャンバー内に向けられた流入エネルギーによって攪拌される。
【００２１】
さらなる態様によれば、バイオリアクターの反応器容器内で流入液を混合する方法が提供される。この方法のある実施形態では、混合チャンバーは、反応器容器内の反応チャンバーから仕切りによって分離させられた状態で設けられ、当該反応チャンバーは概ね混合チャンバー上に配置される。流入液が混合チャンバー内に供給される。流入液と再利用原料との、さらなる混合物は混合チャンバー内に投入される。再利用原料の流れはダウナーを用いて混合チャンバーへと供給できる。ある実施形態によれば、混合チャンバーから反応チャンバーへの仕切りの開口を経た流体の流れが実現される。好ましい実施形態によれば、流入液供給物は仕切りの開口に向けられる。これは、流入液導入システムから反応チャンバーへのその経路上での、供給される流入液の消散エネルギー量を低減する。
【００２２】
本発明は、概ね混合チャンバー上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離された混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターに関する。
【００２３】
バイオリアクターは、反応器内へと再循環されることになる流入液あるいは排水を運ぶための、ある種の流入液導入システムを必要とする。たとえば、欧州特許第0539430号明細書から、反応器容器内の混合チャンバー内へと流入液を最初に運ぶことが有利であることが知られており、ここで、流入液は既に部分的に再利用された物質と混合される。続いて、流入液および再利用原料の混合物は反応チャンバー内へと完全に運ばれる。
【００２４】
混合チャンバー、したがって、再利用される原料の混合物が反応チャンバー内に投入されるポイントは、反応器の底に配置できる。重いスラッジ粒子および固形異物は反応器の底に沈む傾向があり、一方、汚れていない流体は、反応器コラム内で、より高いところに見出され、この結果、流入液物質は、最初、底付近に投入され、続いて、処理されるときに浮き上がることが許容されるべきである。このために、バイオリアクター容器は、通常、長手方向軸線が重力の方向に向けられた状態で、シリンダーとして形成される。だが、その他の容器形状も可能である。
【００２５】
より重い物質の沈降の結果、反応器容器の底に汚染スラッジが沈殿する。ある量のバイオマスがバイオリアクターの運転のために必要であるが、過剰な量は、たとえば、スラッジ放出システムによって除去する必要がある。
【００２６】
バイオリアクター内のスラッジが混合チャンバーを反応チャンバーから分離する仕切りを押し下げることは問題である。この問題は、混合チャンバーを、スチールなどの硬質素材から構成することで解消可能であることが知られているが、欠点は増大するコストである。仕切りを形成するために、合成素材、たとえばプラスチックを使用するのが、よりコスト効率に優れるであろうが、公知の混合チャンバーの上面のスラッジの重量のために、その使用は実際的ではない。
【００２７】
公知の混合チャンバーは、通常、反応器容器床面積の全て、あるいは、ほとんどを占有する。こうした混合チャンバーを組み立てることは、通常、反応器容器の側面に対する溶接接続を伴う。ところが、こうした接続は実施にコストがかかる。さらなる欠点は、反応器容器の設計は混合チャンバーの設計および製造の影響を受けることである。これは、バイオリアクター用途のための産業的に利用可能な標準容器の使用を困難なものとする。
【００２８】
公知の混合チャンバーのさらなる問題は、混合チャンバーが反応器容器床面積の全てあるいはほとんどを占有する場合、反応器容器床上にあるいはその付近にスラッジ排出システムのための空間が存在しないか、あるいはそれが制限される、というものである。
【００２９】
さらに、欧州特許第0539430号明細書による混合チャンバーは、混合チャンバーの底から上端まで延在するスリットである、混合チャンバーから反応チャンバー内へと原料を導くための排出システムを有する。この場合、原料は混合チャンバーの全高に沿って投入される。上述したように、理想的には、流入液あるいは流入液と再利用原料の混合物は、可能な限り反応器容器底の近くで、反応器容器内に投入される。混合チャンバーの全高にわたって排出口を有する公知の混合チャンバーは、したがって、最適ではない。
【００３０】
本発明の目的は、これらの問題の一つ以上を克服することである。
【００３１】
このために、本発明は、概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、仕切りは、骨組み要素から形成された骨組みによって支持されたプレートから形成され、骨組み要素は、本質的に仕切り側面に沿って存在するバイオリアクターを提供する。仕切りに沿って延在する骨組み要素を提供することによって、仕切りに沿ってコスト効率に優れたサポートを提供できる。
【００３２】
本発明の一実施形態に基づく混合チャンバーはハウスを備える。それは、本質的に、床、壁を形成する側壁、および任意選択でルーフを有するボックスとして形成可能である。壁および任意選択のルーフは反応チャンバーと共に仕切りを形成する。
【００３３】
ある実施形態では、上記ハウスは、反応器容器／反応チャンバーの床あるいは底の限定された面積を占有する。これは、スラッジをハウスに隣接して堆積させることを可能とし、混合チャンバーのハウス上に集積されるスラッジの重量を制限する。底表面積の限定された利用と組み合わされた骨組みの使用はコスト効率に優れる解決策である。
【００３４】
混合チャンバーの壁およびルーフのために使用される、あるコスト効率に優れた素材は十分な強度を持たない、という問題を解決するための一つの手法は、骨組みあるいは架構を用いて構造体を強化することである。だが、混合チャンバー内の流動パターンが、この骨組みの要素によって制限されないことが重要である。というのは、これは混合プロセスを妨害するからである。構造体を強化するための好ましい手法は、それゆえ、それに、構造体の壁およびルーフを形成するプレートを支持する十分な強度の素材からなる骨組みを付与することであり、ここで、骨組みを形成する、たとえばリブ、サポートバー、および梁状サポートなどの骨組み要素は、本質的に、壁およびルーフを形成するプレートと同一平面内に存在し、この結果、骨組み要素は、混合チャンバー内での物質の流動を妨害しない。
【００３５】
ある実施形態では、骨組みは、仕切りを局所的に支持するための仕切りのプレート状部分に沿って配置された骨組み要素を備える。骨組み要素はバーからなっていてもよい。バーは、限定された様式でしか流れを妨害しない。
【００３６】
床と平行なある方向において、ボックスは、別な、床と平行な、垂直方向よりも大きなものとなる。第１の方向はチャンバーの長さと呼ばれ、第２の方向は幅と呼ばれる。床と(ほとんど)一致する平面と、ルーフあるいは混合チャンバーの最上位ポイントとの間の距離は、高さと呼ばれる。好ましくは長さ軸線に沿って、たとえば規則正しく配置された要素の形態で上記骨組みを組み立てかつ配置することが有利であり、この場合、要素はたとえばサポートビーム、ピラー、アーチ、あるいは梁であり、これは、それに対してプレートを接合できる頑丈な架構を提供する。全てのプレートは、協同で、この場合、混合チャンバーと反応チャンバーとの間に仕切りを形成する。プレートは、骨組みの外側あるいは内側(ここで、内側は混合チャンバーに面することを意味する)で接続可能であり、あるいは骨組み部分間で接続可能である。本発明に基づく好ましい実施形態では、骨組み要素は、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離をおいて配置された梁を備える。この梁は、仕切りを形成するプレートを取り付けることができるサポートを形成する。構造体の最も長い軸線に沿って通常の様式で梁を配置することは、骨組みに荷重を均等に分散させ、かつ、当該軸線に沿って固定されたプレートサイズの利用を可能にするという利点を有する。
【００３７】
さらに好ましい実施形態では、骨組みは外部骨組みであり、これは、プレートが混合チャンバーに本質的に面する骨組み要素の底面に取り付けられることを意味する。これは、混合チャンバーに面する仕切りの内面を、本質的に平滑とすることができるという利点を有し、これは混合にとって有益である。さらに、システムはそれゆえ、周囲の反応チャンバーの圧力に比べて、混合チャンバー内の一時的な過剰圧力に関して、より頑丈である。これは、たとえば、ダウナーからの流入液内にあるいは流体内に高い濃度のガス状物質が存在する場合に生じ得る。
【００３８】
本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、混合チャンバーの底から延在するプレートは、混合チャンバー最下面に対して、４５ないし８５度の、好ましくは５５ないし７５度の角度を有する。最下面に対して８５未満で、好ましくは７５度未満で壁を配置することによる、非垂直壁の利点は、そうすることで、混合チャンバーのルーフに比べて混合チャンバーのルーフの面積が低減されることである。ルーフの低減された面積は、そこに沈降するスラッジを少なくすることができる。だが、壁の傾きは過度に小さなものであってはならない。さもなければ、スラッジは壁の上に同様に沈降する。したがって、最下面に対する４５度の、好ましくは５５度の最小角度が有利である。
【００３９】
本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、プレートは、混合チャンバーの最下面から距離ｄだけ離間した一つ以上の開口を有し、ここで、距離ｄは混合チャンバーの最下および最上面間の差の半分未満である。上述したように、可能な限り反応チャンバー床の近くで反応チャンバー内に流入液および再利用原料の混合物を投入することが有利である。
【００４０】
上記混合物と反応チャンバー内のスラッジとの間の相互作用のための最適な条件を実現するために、本発明に基づく、さらに好ましい実施形態では、混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられる。
【００４１】
反応容器内の混合チャンバーあるいは混合チャンバーの集合体が反応器底の全面積を占有しない場合、ほとんどのスラッジが堆積する場所に、すなわち反応器の底に、スラッジ排出システムを配置するための場所が存在する。したがって、本発明の好ましい実施形態では、反応器容器はさらに、反応器容器の反応器底上に、あるいはその近傍に配置されたスラッジ排出システムを備える。
【００４２】
スラッジ排出システムが、混合チャンバー仕切りの開口と、反応器容器床から本質的に同じ距離に配置される場合は特に有利である。
【００４３】
本発明に基づく、ある実施形態では、反応器容器は、反応チャンバーの床上に少なくとも二つの混合チャンバーを備え、この場合、混合チャンバーによって占有される当該床の面積は、当該床の全面積の半分未満であり、スラッジ排出システムのための十分な空間が残る。さらに、混合チャンバーは、混合物質を反応チャンバー内へと導くための開口を有する。最適混合のために、これらの開口から送り込まれる混合物原料の流れに、ある方向を与えることが有益である。好ましい実施形態では、これは、プレートが、当該プレートの表面と主として直交する方向に向けられたパイプの部片によって形成された一つ以上の開口を有する場合に実現可能である。パイプの部片の方向を調整することによって、たとえば、それらが配置される混合チャンバー壁に対してチューブの向きを変化させることによって、あるいは反応器容器内での混合チャンバー全体の向きを調整することによって、流入する混合物の流れは、バイオリアクターの設計者によって決定でき、かつ、最適な反応器効率をもたらすために設定できる。
【００４４】
本発明に基づく、ある実施形態では、混合チャンバーは、たとえばボルトを用いてベースプレートに対して混合チャンバーあるいは骨組みを固定することによって反応チャンバーの床に対して固定され、そして、このベースプレートは、今度は、反応チャンバー床に対して、溶接、ボルト結合、あるいはその他の方法で固定される。
【００４５】
たとえば、反応チャンバー内へ原料を導入するための開口の詰まりに起因して、あるいは混合チャンバーの上端に集まる流入物質中の高いガス濃度に起因して、混合チャンバー内の圧力が望ましくないレベルまで上昇することがある。過剰圧力を解放するために、反応チャンバーの床と混合チャンバープレートの下側縁部との間にはギャップが存在してもよい。このギャップは、たとえば、混合チャンバー骨組みが固定されるベースプレートと同じ高さを有し得る。このギャップは混合チャンバー内外の液圧力を概ね等しく維持するのを助ける(典型的な圧力差は約０.５メートルの水圧(０.０５バール)である)。ベースプレートは互いに距離をおいて設けることができる。
【００４６】
好ましい実施形態では、混合チャンバー排出システムはさらに、反応チャンバーへと、流入液中の、あるいは流入液および再利用原料の混合物内のガス状物質を輸送するよう構成された付加的な排出手段を備える。上記排出手段は逆Ｕ字形であってもよく、この結果、ガス状混合物は反応チャンバー内に逃げることができるが、反応チャンバーからの液状あるいはスラッジ物質が混合チャンバー内へと吹き戻ることはない。これに代えて、排出口がバルブの形態で配置されてもよい。混合チャンバーの上端付近に排出口を配置するのが有利である。というのは、ここはガス状物質が溜まる場所であるからである。
【００４７】
本発明のある実施形態においては、かつ／またはその別な態様によれば、混合チャンバーは、より剛性のある素材からなる骨組みを伴わずに実現される。したがって、本発明のある実施形態は、概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであり、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床と、４５度ないし８５度の、好ましくは５５度ないし７５度の角度をなす壁を有し、かつ、混合チャンバーは、ダウナーチューブに接続されたルーフ部分を有する。上記バイオリアクターは、上述した有利な特徴と組み合わせることができる。この態様に基づく混合チャンバーの好ましい実施形態は、ハウスとして形成された混合チャンバーを備え、これは反応器容器の底の表面積の限定された領域を占有する。これは、スラッジが混合チャンバー付近に堆積することを可能とし、そして、ある実施形態においては、混合チャンバーによって占有されていない反応器容器の底に形成されかつ配置されたスラッジ除去システムを用いて、(定期的)間隔をおいてスラッジを除去することを可能とする。これは、混合チャンバー上のスラッジの圧力／重量を低減することを可能とし、少ない素材を用いた混合チャンバーの建造を可能とする。
【００４８】
特定の実施形態を本明細書において説明したが、本発明はこの特定の実施形態に限定されないことは当業者にとっては自明である。暗示的な利点を有する特徴だけでなく明示的な利点と共に説明された特徴を含む、本明細書中で説明した特徴のいずれかは、この開示の中に含まれており、かつ、特許請求の範囲に記載した事項の、そして特に分割出願の一部となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】バイオリアクターの垂直断面図である。
【図２ａ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｂ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｃ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図２ｄ】混合チャンバーの詳細断面図である。
【図３ａ】反応チャンバー内の混合チャンバーの平面図である。
【図３ｂ】スラッジ排出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
排水処理においては多くの手法が存在することが知られている。選択肢の一つは、排水中の有機物質の消化が準備される様式である。これは、たとえば、嫌気性消化(これは酸素の存在しない状況で実施される細菌性処理である)あるいは好気性消化(これは酸素が存在する状況下での細菌性処理である)によって実施できる。嫌気性状況下では、スラッジ細粒と低脂肪酸などの水溶性物質との接触の結果、反応チャンバー内で発酵が生じ、メタンが生成される。
【００５１】
図１に示すバイオリアクター１は、嫌気性排水処理設備であって、反応器容器４１を備え、その内部が反応チャンバー２である。言うまでもなく、広範な反応器サイズが可能である。反応器容器４１の寸法は、高さ８〜３０メートル、直径３〜１５メートルである。嫌気性排水処理容器に関する典型的な寸法は、高さ２０〜３０メートル、直径５〜１５メートルである。反応チャンバー２内では、汚染された流体はスラッジと相互作用し、特に嫌気性細菌処理がそこで行われる。反応チャンバー２の床１０上には、少なくとも一つの混合チャンバー３が存在し、これは、入ってくる流入物質を、部分的に再循環される物質と混合する。混合チャンバー３は、処理のための反応チャンバー２内へと流動性混合物を導入するよう設計される。各混合チャンバー３は導入システム４を介して流入物質を受け取る。流入液は混合チャンバー３内へと外部からポンプ４２で圧送され、パイプ４３によって配分される。
【００５２】
導入システム４はまた、混合チャンバー３に接続されたダウナー７を備える。ダウナー７は、バイオリアクター１の高い領域からの再利用物質を再び混合チャンバー３内へと戻す。それが流入物質と混合された後、新しくかつ部分的に再利用される物質の混合物は再び反応チャンバー２内へと戻される。通常、反応チャンバー２内には各混合チャンバー３のための一つのダウナー７が存在する。
【００５３】
図示する実施形態における混合チャンバー３は、本質的に、混合チャンバー３と反応チャンバー２との間に仕切り４４を備えた、ボックス形状である。仕切りすなわち膜４４は、通常、たとえばポリプロピレンなどのプラスチックからなるプレート８によって形成される。混合チャンバー３のルーフ９および床は、本質的に、反応器容器床と平行である。だが、たとえば円錐あるいはピラミッド形状のルーフを持たない構造、および／または、たとえば逆ピラミッドあるいは漏斗形状のルーフを持たない構造を考えることもできる。
【００５４】
図１から分かるように、反応器容器床１０は本質的に反応チャンバー床と同じである。本明細書では、この二つの用語は交換可能に使用する。
【００５５】
混合チャンバー３と反応チャンバー２との間の流体接続を形成する円形開口４９がプレート８に設けられ、混合チャンバー３内への導入システム４の排出口を形成している。導入システム４１の排出口は、この実施形態では、円形断面１２を備えた仕切り４４を経て延在する多数の小さなパイプ６６(図１には示していない。図２ｃ参照)からなる。導入システム４から、流入液は、導入システム４の排出口を経て吐出させることで、混合チャンバー内へと導かれる。混合チャンバーから、流体は開口４９を経て反応チャンバー２に入ることができる。
【００５６】
混合チャンバーから反応チャンバー内へと物質を導くための、さまざまなその他のタイプの開口４９が実施可能であるが、パイプの利点は、流出物質が、概してパイプ６６の長さに沿って誘導されることである。これは、バイオリアクターの設計者が、反応チャンバー内での反応のための最適な状況を得るための様式で、チューブのポジションおよび位置を設定することを可能とする。
【００５７】
パイプ６６は、混合チャンバー内へと内側にプレート８のある程度内部に延在し、かつ、反応チャンバー２内へとプレート８の外側から、ある程度延在している。スラッジは混合チャンバー３の上に堆積し得る場合、集められたスラッジはチューブ６６の上を落下し／滑り、パイプ出口を詰まらせることはない。
【００５８】
好ましい実施形態では、導入システム４の排出口はさらに一つ以上のガス解放システム１３を備え、これは、混合チャンバー３からのガス状物質を反応チャンバー２内へと導く。解放システム１３を混合チャンバー３のルーフ９の上に配置することは有利である。なぜなら、ガス状物質は混合チャンバー３の上端まで上昇するからである。図１に示すもの以外の圧力解放システム１３、たとえばバルブは当業者にとって公知である。解放システム１３は、好ましくは、反応チャンバーからのスラッジ物質が混合チャンバーに入ることを抑止するために、逆Ｕ字形状を有する。
【００５９】
混合チャンバーの特徴を、図２および図３と関連付けて詳しく説明する。
【００６０】
導入システム４の排出口は、仕切り４４を経て反応チャンバー２内へと流入液および再利用物質の流動性混合物を移送する。反応チャンバー２内で嫌気的反応が生じる。流入物質が処理されているとき、軽い物質、たとえばガスおよび液体は、反応チャンバー２内で概して浮き上がる。
【００６１】
図１に基づく実施形態において、バイオリアクター１は、第１段階収集システムすなわちセパレータ１７を具備してなり、これは主としてガス状および液状物質を集めるよう構成されている。第２段階収集システムすなわちセパレータ１８が同様に設けられる。両収集システム１７および１８は、第１段階の場合には相互接続ライザー１９を介して、分離チャンバー２０内へと物質を導く。この分離チャンバー２０はガス状物質を物質の残部から分離させる。ガス状物質はバイオガス排出口２１を経てチャンバーから排出できる。その他の物質はダウナー７内で収集され、そして再び混合チャンバー３内へと導入システム４を介して輸送される。こうして混合チャンバー３は流入物質および部分的に再循環される物質を混合する。ダウナー７および相互接続ライザー１９は、線によって、大まかに示している。
【００６２】
図１において、ダウナー７は混合チャンバー３のルーフ９に取り付けられている。混合チャンバー３がダウナー７を支持しても、あるいはダウナー７が混合チャンバー３を支持するのを助けてもよい。たとえば混合チャンバー３の内部の導入口を介するといった、ダウナー７を混合チャンバー３に接続するための、その他の手法も同様に実施可能である。本発明のある実施形態では、図１には示していないが、流入物質の一部または全部が、分離チャンバー２０と混合チャンバー３との間のどこかで、ダウナー７内に投入され、かつ、そこから混合チャンバー３へと輸送される。
【００６３】
反応チャンバー２はさらに、放出すなわち浄化された液状物質のための流出液排出システム２２を備える。この流出液排出システム２２は収集システムであり、反応チャンバー２からの放出流体を蓄積するが、これは、続いて、流出液放出部２３を介してバイオリアクターの外に出ることができる。流出液排出システム２２は大まかに示しているに過ぎない。
【００６４】
図１に基づく実施形態においては、物質を反応チャンバー２の外に出すための三つの様式が存在する。第一に、浄化された流体は流出液排出システム２２を経てシステムを出て行くことができる。第二に、ガスおよび流体の混合物は、収集システムステージ１７あるいは１８の一つに入ることができる。この場合、ガス状物質はバイオガス排出口２１を経てバイオリアクターから出て行き、そして、その他の物質はダウナー７を経て混合チャンバーへと再び送り込まれる。第三に、流体および固形物質の混合物はスラッジ放出システムによって除去される(図１には示していない)。
【００６５】
図２ａ〜２ｃは、混合チャンバーの三つの断面、すなわち正面視(２ａ)、側面視(２ｂ)および平面視(２ｃ)を示している。
【００６６】
図２の混合チャンバー３は、バイオリアクター１の外側に配置されたポンプ４２に接続された、流入液あるいは流入液および再利用原料４の混合物のための導入システムを備える。この導入システム４は、流入液が、バイオリアクター１に、特に混合チャンバー３に流入することを可能とする。
【００６７】
ポンプ４２から、図２ｄに示す実施形態によれば、三つのパイプ５０,５１,５２が反応器容器４１に入る。パイプ５０〜５２は混合チャンバー２に接続されかつそれに入り、仕切り４４の開口を経て延在する。パイプ５０〜５２は分配パイプ５３〜５５に接続される(図２ｃに詳しく示す)。分配パイプ５３〜５５は反応器容器４１の底１０の上で、ほとんど水平面内で延在する。流入液導入システム４はパイプ５０〜５２および５３〜５５、ならびにダウナー７を備える。流入液導入システム４は、さまざまな数のパイプおよび／または図に示すのとは異なる配置状態のパイプを用いて構成できることは当業者にとって自明である。たとえば、流入物質は、ルーフ９を貫通して延在する一つのパイプ５１を有するのに代えて、全てがチャンバー仕切りの側面を貫通して延在するパイプを経て、混合チャンバーに流入できる。
【００６８】
分配パイプ５３〜５５はそれぞれ多数の排出口すなわち出口を有する。分配パイプは流入液のための五つの排出口を有する。排出口はノズル６０〜６４によって形成される。ノズル６０は図２ｂの側面図に示されている。ノズル６０〜６４は仕切り４４に向けられるが、これは(ここではパイプ６６の形態)開口を備える。流入液は、混合チャンバー３内に既に存在する流体との混合を可能とするために混合チャンバー３に流入する。さらに、仕切り４４におけるノズル６０〜６４の方向の結果として、混合チャンバーからの流体は、パイプ６６内への流入液と共に反応チャンバー２内へと吸い込まれる。
【００６９】
ある実施形態では、図２ｂに断面視で示すパイプ６６は、混合チャンバーの内部から仕切り６５を経て延在しており、かつ、仕切り４４から反応チャンバー２内へと外側に延在している。
【００７０】
流入液導入システム４は、さらに、仕切り４４とは反対方向に仕切りに向かって反対方向に向けられた五つのノズルをやはり有する分配パイプ５５を備える。
【００７１】
分配パイプ５４は、反対方向に向けられた四つのノズル７０〜７３を有し、これらはまた、混合チャンバー３からの液体が開口を経て反応チャンバー２内へと吐出するための開口を有する、別な仕切り壁に向けられている。
【００７２】
ノズル端部６７と、仕切りを貫通するパイプ６６の近位端部６８との間の、図２ｂに示す自由スペース６９は、混合チャンバー３を貫通するノズル６０からの流入液のための自由経路を形成している。
【００７３】
流入液が混合チャンバー３内に供給されるとき、それはノズル６０〜６４によって加速され、当該ノズルは混合チャンバー内へと流体／流入液を吐出させるために表面積の縮小を伴う。ノズル８０の実施形態の細部は図２ｄに示されており、これは、分配パイプの表面積に対する、ノズル８０の吐出端部８１における、少なくとも２０％の、ここでは５０％の表面積縮小を示している。直径８３は、直径８２よりも少なくとも１０％小さい。
【００７４】
自由通路６９は、ある実施形態では、約２０〜８０ｍｍ、好ましくは３０〜５０ｍｍである。ノズル８１の直径８３は、好ましくは、約７０〜１２０ｍｍである。ある実施形態では、パイプ６６の直径は約１２０〜１８０ｍｍである。
【００７５】
ノズルの吐出端部８１はパイプ６６の開口６８に向けられており、当該パイプは、ノズル端部６９,８１の表面積よりも大きな、好ましくは約３０％、さらに好ましくは約５０％大きな表面積を有する。
【００７６】
ノズル端部６７において流入液が混合チャンバー３内に供給されるとき、それは、その速度の結果として、混合チャンバーから流体を引き込み、すなわち汲み出す。混合チャンバー３からの流入液および流体の混合物はパイプ６６の開放端部６８内に流入する。混合チャンバー３からの流入液および流体の混合は、流入液の導入エネルギーを使用した結果である。さらに、導入エネルギーは反応チャンバー２内への混合物流のためのエネルギーとして直に供給される。
【００７７】
パイプ６６およびノズル６０の中心線９８は概ね整列している。
【００７８】
さらなる分配パイプ５４は、ダウナー７から混合チャンバー３に流入する再利用混合物、およびポンプ４１から混合チャンバーに流入する流入液の一部の渦流を実現するために、ダウナー７に対して接線方向に向けられたノズル７８,７９を備える。
【００７９】
図２ａは、ダウナー７をルーフ９と連結するためのルーフ９上に配置されたフランジ９０を示している。フランジ９０の使用は、ルーフに対してダウナー７を素早く連結することを可能とし、コスト節約が図れる。
【００８０】
混合チャンバーを、プラスチックなどの比較的安価な素材、特にポリプロピレンあるいはポリエチレンから形成するのが有利である。だが、主としてその上面に堆積するスラッジに起因した外圧に抗するために必要な強度をチャンバーが持つために、本発明に基づいて、さまざまな手段がとられる。
【００８１】
図２ａに基づく実施形態では、混合チャンバー３は仕切り４４を、ここでは、混合チャンバーの壁およびルーフ９を形成するように一緒に配置されたプラスチックプレート８を備え、それに対して、支持構造体あるいは骨組み１４、ここでは、梁すなわちリブ１５の形態の外部骨組みが取り付けられる。この手段は、構造体を強化する効果を有し、したがって、それは、その上面上のスラッジからの圧力に、さらに十分に耐えることができる。ある実施形態では、金属梁１５が使用される。別な実施形態では、梁はまたプラスチックから形成される。骨組みあるいは支持フレームとして梁／リブを使用することによって、混合チャンバー３を形成するための唯一の素材としてプラスチックを使用することが可能となる。
【００８２】
別な実施形態では、混合チャンバー３のハウスは、それ自体、たとえば仕切りのための金属プレートを用いることによって自立可能である。
【００８３】
図２ａは、混合チャンバー３の長さに沿って割り当てられた７個の梁１５の側面図である。図２ｂは、あるそうした梁１５の断面を示している。したがって、ある好ましい実施形態では、側壁およびルーフ９を形成する直線部分は、壁およびルーフ９を形成するプレート８に沿って存在し、したがって混合チャンバー３の内部の流れを乱さない。梁部分１５はプレート８の内側に、あるいは外側に取り付けられてもよい。プレート８の外側に梁１５を取り付けるのは有益であり、これによって、混合チャンバー仕切りの内面は平坦かつ滑らかとなり、最適な混合を可能とする。これは外部骨組みを形成する。さらに、外部骨組みは、過剰圧力が生じる場合、混合チャンバーを強化する。
【００８４】
ある実施形態は、混合チャンバー３のために二つの素材、支持構造体１４のための、第１のより硬質な素材およびプレート８によって形成された仕切り４４のための第２のよりフレキシブルな素材を利用する。別な実施形態は、自立形態で壁およびルーフの構造体全体を形成することであり、これは、支持構造体の必要性を排除するが、使用される素材の要求(およびおそらくはコスト)を増大させる。スチールプレートを、混合チャンバー２のハウスを製造するために使用できる。
【００８５】
反応チャンバーからの押圧力に抗するための第２の手段として、ルーフ８および壁９はスラッジ堆積物に関して有利な形状とされる。ルーフ９は相対的に小さく形成され、すなわち、それは、上から見たときに相対的に小さな表面積を有する。図１および図２に基づく実施形態において、混合チャンバー３は、底１０の表面領域の全表面積の３０％未満を、好ましくはその２０％未満を占有するルーフ９を有する。相対的に僅かな量のスラッジしか、このルーフ９の上には堆積しない。
【００８６】
外部骨組みを用いることで、梁１５はルーフ９の上に配置され、スラッジがルーフ９から離れるように案内されることを可能とする流動ガイドを形成する。
【００８７】
依然として、ルーフは、概して、導入システムの、たとえばフランジなどの接続手段を支持するのに十分なほど大きく構成される(図２Ｃ参照)。壁８は、反応器容器４１の床に対して角度アルファで配置され、その上には反応チャンバー２が配置される。有利な角度は、少なくとも４５度、好ましくは５５ないし７５度である。９０度に近いような大きな角度は不利である。というのは、これは、ルーフ面積が増大し、この結果、スラッジがそこに堆積し得ることを意味するからである。壁８のスロープはスラッジがそこに堆積するのを阻止するのに十分なほど急であるのが、より急ではなく、たとえば５５ないし７５度であるのが理想である。これによって、混合チャンバー３の上に堆積しようとするスラッジのほとんどが反応器容器床１０へと滑り落ちることが保証される。これは、混合チャンバー１０へのストレスの観点から、そしてバイオリアクター１の働きの観点から有益であるが、これは、床１０付近の重い物質と上方の軽い物質との間に最大の高さ分離が存在する場合に、最も良好に機能する。
【００８８】
混合チャンバー３は、チャンバーの底ストリップ１５の孔を貫通するピンあるいはネジを用いて反応器容器４１の床１０に取り付けられる。容器床１０に対して混合チャンバー３を取り付けるために、さまざまな手法が存在することは当業者には自明である。本発明に基づく、ある実施形態では、混合チャンバーは、たとえばボルトを用いてベースプレートに対して底ストリップ１５を固定することによって反応チャンバーの床に対して取り付けられ、このベースプレートは、今度は、反応チャンバー床に対して、溶接されるか、ボルト結合されるか、あるいはそれ以外の方法で固定される。反応チャンバーの床と混合チャンバープレート８の下側縁部との間にはギャップが存在してもよい。このギャップは、たとえば、混合チャンバー骨組みが取り付けられるベースプレートと同じ高さを有していてもよい。
【００８９】
本発明のある態様に基づいてハウスとして形成された混合チャンバー３への重量を加えるスラッジの作用を低減するための第３の手段が図３に示されているが、これは、円筒形容器１１内の反応チャンバーの床上の四つの混合チャンバーの平面図である。ここでは、反応チャンバー２の床および反応器容器４の床１０は同義であり、混合チャンバーが載置される表面を指している。図３から分かるように、全ての混合チャンバー３によって同時に占有される反応チャンバー床領域１０全体は、通常、床領域１０の半分未満であり、床１０上の混合チャンバー３の位置は等しく割り当てられている。したがって、スラッジの大半は、直ちに床１０の上に堆積し、一部は傾斜した壁を滑り落ちて床上に達し、僅かなスラッジのみが混合チャンバー３のルーフ９の上に留まる。たとえば反応器４１の床全体にわたる欧州特許第0539430号の円錐構造などの、公知の混合チャンバー３に比べて、これは、混合チャンバー構造体３に加わる力が大きく低減されることを、したがって構造体は、より軽くかつよりコスト効率の良い素材を用いて形成できることを意味する。
【００９０】
したがって、やはり全面積および反応チャンバー容積に対する混合チャンバー容積の比率に依存して、一つの大きなものよりも、一つ以上の小さな混合チャンバー３を有することは、より有益である。これは、スラッジの大半が堆積するのに利用可能な十分な床面積が存在することを保証し、かつ、排出システムチューブ１２を方向付けるのに十分な利用可能な床面積が存在することを意味し、この結果、最適な反応条件が実現される。
【００９１】
図３ａは、床１０１を有すると共に約１５メートルの直径を有する反応器容器１００を有する、異なるバイオリアクターの断面図である。図３ａに基づく、そうした構造においては、底１０１は、床面１０１上に割り当てられた四つの混合チャンバー１０２〜１０５を備える。混合チャンバー１０３および１０５は概ね同じサイズを有し、一方、チャンバー１０２および１０４は概ね同じサイズを有する。混合チャンバー１０２〜１０５は、図２ａ〜２ｃに基づく混合チャンバーのハウスと、ほとんど同じように構成される。
【００９２】
混合チャンバー１０２〜１０５のハウス(ただし、混合チャンバー３も同様)は、好ましくは、約２〜３メートルの幅を有し、そして４〜９メートルの間で変化する長さを有することができる。梁は、好ましくは、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離を置いて配置され、梁は、幅方向に延在すると共にハウスを支持する。
【００９３】
本発明に基づく混合チャンバーは、ボート形状ハウスを備える。そうしたハウスは製造ステップにおいて事前に建造できる。これは、バイオリアクターのモジュール式発展を可能とする。さらに、ボート形状混合チャンバーを建造することで、従来技術に比べて、組み立て時間が大幅に節約され、コスト節約が可能となる。さらに、ボート状構造体は、それに対してダウナーを接続できるルーフを形成することを可能とする。
【００９４】
図３ａによる平面図から分かるように、それぞれの混合チャンバー１０２〜１０５の仕切りを貫通するパイプ１０６は、概ね全ての四つの方向に混合チャンバー１０２〜１０５から離れるように向けられている。これは、底面１０１と概ね平行に反応チャンバー内へと混合チャンバー１０２〜１０５から流体を供給することを可能とし、反応チャンバー内での,ある程度の混合を可能とする。底１０１の上に堆積する,さらなるスラッジが乱され、パイプ１０６から吐出する流れの結果として再利用および再循環され、反応チャンバー内で再利用される。
【００９５】
流入液導入システム１１５が図３ａに示されており、これは、混合チャンバー１０２〜１０５内の分配パイプに接続された１２本のパイプを有する。流入液の配分は、概して、図２ａ〜２ｃに基づく分配と類似している。パイプは、好ましくは、プラスチックなどの人工素材から形成される。
【００９６】
ダウナー１１０〜１１３は、底１０１の表面領域に対して非常に制限された面積を有するルーフ表面に接続され、当該ダウナー１１０〜１１３はバイオリアクターの上端からの再利用物質の分配を可能とする。ここで、ルーフ表面積は床表面積全体の１０％未満である。
【００９７】
図３ａには示していないが、図３ｂの実施形態と同様に、スラッジ除去システムを、床１０１に存在するスラッジを除去するために底１０１付近にあるいはその上に配置できる。
【００９８】
混合チャンバー１０２〜１０５の仕切り壁が相対的に急な角度で配置されるので、スラッジは仕切りの上には集積せず、床１０１に集積され、そしてスラッジ除去システムは、スラッジを、より素早く除去することができる。
【００９９】
図３ｂはスラッジ排出システム３０を示しており、これは、導入開口３２を備えた反応器内のチューブと、反応器容器外部の排出出口３１とを備える。相対的に小さなチャンバー３が反応器容器４１の底１０の上にスラッジ排出システムを配置するのに十分な空間を残すことが本発明の利点である。このスラッジ排出システムを低い高さに位置させることが有益である。なぜなら、スラッジは底に沈むからである。さらに、スラッジ排出システム３０と本質的に同じ高さで配置された混合チャンバー排出開口１２を有することが有利である。
【０１００】
スラッジ排出システム３０は、容器４１の外部に配置されたポンプに接続可能である。ある実施形態では、スラッジ排出システムは、反応器容器４１の床の上で延在するスラッジ排出システムのパイプの長さにわたって割り当てられた開口を備える。
【０１０１】
混合チャンバーは、当業者には公知の簡単な取り付け手段によって、円筒形容器、あるいは、もちろん、局所的に平坦な床を備えた何らかの形状の容器の床上に配置でき、しかも、たとえば円筒形容器の側面に溶接される欧州特許第0539430号の円錐構造体を備えた場合のように、周囲の容器と別の方法で構造的に一体化されないことが本発明のさらなる利点である。本発明に基づいてバイオリアクターを製造する際、これは、オーダーメードのバイオリアクター容器ではなく、市販されている容器を使用を可能とし、これはコストの点で著しく有利である。
【０１０２】
さらなる態様によれば、本発明は以下の条項に関する。
【０１０３】
条項１：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、仕切りは、骨組み要素から形成された骨組みによって支持されたプレートから形成され、骨組み要素は本質的に仕切り側面に沿って存在するバイオリアクター。
【０１０４】
条項２：骨組み要素は、混合チャンバーの長さに沿って相互に距離を置いて配置された梁を備える、条項１に基づくバイオリアクター。
【０１０５】
条項３：骨組みは外部骨組みであって、プレートは、本質的に混合チャンバーに面する骨組み要素の側面に取り付けられる、条項１または２に基づくバイオリアクター。
【０１０６】
条項４：混合チャンバーは反応器容器の床上に配置された、床の７０％未満の、好ましくは５０％未満の限定された表面積を占有するハウスである、条項１ないし３のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０７】
条項５：混合チャンバーの底から延在するプレートは、４５ないし８５度の、好ましくは５５ないし７５度の、混合チャンバー最下面に対する角度を有する、条項１ないし４のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０８】
条項６：プレートは、混合チャンバーの最下面から距離ｄにある一つ以上の開口を有し、距離ｄは、混合チャンバーの最下および最上面間の差の半分よりも小さなものである、条項１ないし５のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１０９】
条項７：混合チャンバーは反応器容器の反応器底上に配置され、かつ、仕切りの開口は反応器底と概ね平行に向けられている、条項１ないし６のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１０】
条項８：反応器容器は、さらに、この反応器容器の反応器底上にあるいはその近傍に配置されたスラッジ排出システムを備える、条項１ないし７のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１１】
条項９：スラッジ排出システムは、反応器容器床から、混合チャンバー仕切りの開口と本質的に同じ距離に配置される、条項８に基づくバイオリアクター。
【０１１２】
条項１０：反応器容器は反応チャンバーの床上に少なくとも二つの混合チャンバーを備え、混合チャンバーによって占有される、この床の面積は当該床の全面積の半分よりも小さなものである、条項１ないし９のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１３】
条項１１：プレートは、このプレートの表面と主として直交する方向に向けられたパイプの部片によって形成された一つ以上の開口を有する、条項１ないし１０のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１４】
条項１２：混合チャンバー排出システムは、さらに、反応チャンバーへと流入液中のあるいは流入液および再利用原料の混合物中のガス状物質を輸送するよう構成された排出手段を備える、条項１ないし１１のいずれかに基づくバイオリアクター。
【０１１５】
条項１３：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床と、４５度ないし８５度の、好ましくは５５度ないし７５度の角度をなす壁を有し、かつ、混合チャンバーはダウナーチューブに接続されたルーフ部分を有するバイオリアクター。
【０１１６】
条項１４：条項２ないし１２の特徴のいずれかと組み合わされた条項１３に基づくバイオリアクター。
【０１１７】
条項１５：概して混合チャンバーの上に配置された反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを有する反応器容器を備えたバイオリアクターであって、混合チャンバーは、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システムと、反応チャンバー内に原料を導入するための排出システムとを有し、かつ、混合チャンバーは、反応器容器の床上に配置されており、混合チャンバーは、反応器の床の全表面積の、５０％未満の、小さな表面積を占有し、かつ、スラッジ除去システムが、混合チャンバーと反応器容器の内壁との間で、床上にあるいはそれに近接して配置されているバイオリアクター。
【０１１８】
上記条項のいずれかは、添付された条項セットにおいて特定された特徴のいずれかと共に組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１ バイオリアクター
２ 反応チャンバー
３ 混合チャンバー
４ 導入システム
７ ダウナー
８ プレート
９ ルーフ
１０ 床
１２ 円形断面
１３ ガス解放システム
１４ 骨組み
１５ 梁
１７,１８ セパレータ
１９ 相互接続ライザー
２０ 分離チャンバー
２１ バイオガス排出口
２２ 流出液排出システム
２３ 流出液放出部
３０ スラッジ排出システム
３１ 排出開口
３２ 導入開口
４１ 反応器容器
４２ ポンプ
４３ パイプ
４４ 仕切り
４９ 開口
５０〜５５ パイプ
６０〜６４ ノズル
６５ 仕切り
６６ パイプ
６７ ノズル端部
６９ 自由スペース
７０〜７３ ノズル
７８〜８０ ノズル
８１ 吐出端部
９０ フランジ
１００ 反応器容器
１０１ 床
１０２〜１０５ 混合チャンバー
１１０〜１１３ ダウナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概して混合チャンバー(３)の上に配置された反応チャンバー(２)から仕切り(４４)によって分離させられた混合チャンバー(３)を有する反応器容器(４１)を備えたバイオリアクター(１)であって、前記混合チャンバー(３)は、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システム(４)を有し、前記導入システム(４)は、前記混合チャンバー(３)内に排出開口(６０〜６４)を有し、前記仕切り(４４)は、前記混合チャンバー(３)と前記反応チャンバー(２)との間の接続部を形成する開口(６６)を有し、前記導入システム(４)の前記排出開口(６０〜６４)は前記仕切りの前記開口(６６)に向けられていることを特徴とするバイオリアクター(１)。
【請求項２】
前記排出開口(６０〜６４)は、前記仕切りの前記開口(６６)と整列させられている(９８)ことを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクター。
【請求項３】
前記導入システム(４)の、好ましくは流入液(１１５)用の前記導入システムの少なくとも四つの排出開口(６０〜６４)が、前記仕切り(４４)の四つの個々の開口(６６)に向けられるか、あるいはそれと整列させられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオリアクター。
【請求項４】
前記排出開口(６０〜６４)は、表面積縮小を伴ったノズル(８０)を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項５】
前記縮小は少なくとも２５％であることを特徴とする請求項４に記載のバイオリアクター。
【請求項６】
前記排出開口(６０〜６４)の表面積は、前記仕切りの前記開口(６６)の表面積よりも、少なくとも２０％、好ましくは少なくとも４０％小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項７】
前記導入システムの前記排出開口(６０〜６４)と仕切りの前記開口(６６)との間の距離は、前記排出開口の断面の幅の８倍未満、好ましくは５倍未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項８】
前記排出開口および／または前記仕切りの前記開口は、前記導入システムの前記排出開口と仕切りの前記開口との間の距離を変更するために、前記混合チャンバー内に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項９】
前記仕切り(４４)の前記開口(６６)は、前記仕切りの一方側から、前記仕切りを貫通して、前記仕切りの他方側から外へと延在するチューブを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１０】
前記仕切りの前記開口は、前記反応器容器(４１)の反応器底(１０)に、２０センチメートル内で、近接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１１】
前記混合チャンバーは、さらに、流入液およびダウナー(７)などの再利用原料の混合物のための流出開口に対して少なくとも部分的に接線方向に配置された前記流入液導入システム(４)の流出開口(７８,７９)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１２】
前記仕切り(４４)は前記混合チャンバー(３)の側壁(８)を備え、かつ、前記開口(６６)は前記側壁内に配置されており、かつ、前記側壁は前記反応器容器(４１)の底(１０)に対して傾けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１３】
前記混合チャンバー(３)は前記反応器容器(４１)の反応器底(１０)上に配置されており、かつ、前記仕切りの前記開口(６６)は前記反応器底(１０)と略平行に向けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１４】
前記混合チャンバーは、四つの相互に概ね垂直する方向に前記混合チャンバー(４)から外側に向けられた前記仕切り(４４)の少なくとも六つの開口(６６)を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１５】
バイオリアクターの反応器容器内で流入液を混合するための方法であって、前記反応器容器内に反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを提供することと、前記混合チャンバー内に流入液を供給することと、前記仕切りの開口を経て前記混合チャンバーから前記反応チャンバーへ至る流れを実現することと、を具備し、前記反応チャンバーは概して前記混合チャンバーの上方に配置されており、前記流入液供給は、前記仕切りの前記開口に向かって方向付けられることを特徴とする方法。
【請求項１】
概して混合チャンバー(３)の上に配置された反応チャンバー(２)から仕切り(４４)によって分離させられた混合チャンバー(３)を有する反応器容器(４１)を備えたバイオリアクター(１)であって、前記混合チャンバー(３)は、流入液あるいは流入液および再利用原料の混合物のための導入システム(４)を有し、前記導入システム(４)は、前記混合チャンバー(３)内に排出開口(６０〜６４)を有し、前記仕切り(４４)は、前記混合チャンバー(３)と前記反応チャンバー(２)との間の接続部を形成する開口(６６)を有し、前記導入システム(４)の前記排出開口(６０〜６４)は前記仕切りの前記開口(６６)に向けられていることを特徴とするバイオリアクター(１)。
【請求項２】
前記排出開口(６０〜６４)は、前記仕切りの前記開口(６６)と整列させられている(９８)ことを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクター。
【請求項３】
前記導入システム(４)の、好ましくは流入液(１１５)用の前記導入システムの少なくとも四つの排出開口(６０〜６４)が、前記仕切り(４４)の四つの個々の開口(６６)に向けられるか、あるいはそれと整列させられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオリアクター。
【請求項４】
前記排出開口(６０〜６４)は、表面積縮小を伴ったノズル(８０)を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項５】
前記縮小は少なくとも２５％であることを特徴とする請求項４に記載のバイオリアクター。
【請求項６】
前記排出開口(６０〜６４)の表面積は、前記仕切りの前記開口(６６)の表面積よりも、少なくとも２０％、好ましくは少なくとも４０％小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項７】
前記導入システムの前記排出開口(６０〜６４)と仕切りの前記開口(６６)との間の距離は、前記排出開口の断面の幅の８倍未満、好ましくは５倍未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項８】
前記排出開口および／または前記仕切りの前記開口は、前記導入システムの前記排出開口と仕切りの前記開口との間の距離を変更するために、前記混合チャンバー内に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項９】
前記仕切り(４４)の前記開口(６６)は、前記仕切りの一方側から、前記仕切りを貫通して、前記仕切りの他方側から外へと延在するチューブを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１０】
前記仕切りの前記開口は、前記反応器容器(４１)の反応器底(１０)に、２０センチメートル内で、近接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１１】
前記混合チャンバーは、さらに、流入液およびダウナー(７)などの再利用原料の混合物のための流出開口に対して少なくとも部分的に接線方向に配置された前記流入液導入システム(４)の流出開口(７８,７９)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１２】
前記仕切り(４４)は前記混合チャンバー(３)の側壁(８)を備え、かつ、前記開口(６６)は前記側壁内に配置されており、かつ、前記側壁は前記反応器容器(４１)の底(１０)に対して傾けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１３】
前記混合チャンバー(３)は前記反応器容器(４１)の反応器底(１０)上に配置されており、かつ、前記仕切りの前記開口(６６)は前記反応器底(１０)と略平行に向けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１４】
前記混合チャンバーは、四つの相互に概ね垂直する方向に前記混合チャンバー(４)から外側に向けられた前記仕切り(４４)の少なくとも六つの開口(６６)を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のバイオリアクター。
【請求項１５】
バイオリアクターの反応器容器内で流入液を混合するための方法であって、前記反応器容器内に反応チャンバーから仕切りによって分離させられた混合チャンバーを提供することと、前記混合チャンバー内に流入液を供給することと、前記仕切りの開口を経て前記混合チャンバーから前記反応チャンバーへ至る流れを実現することと、を具備し、前記反応チャンバーは概して前記混合チャンバーの上方に配置されており、前記流入液供給は、前記仕切りの前記開口に向かって方向付けられることを特徴とする方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５２５９６７（Ｐ２０１２−５２５９６７Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０９７４７（Ｐ２０１２−５０９７４７）
【出願日】平成２２年５月３日（２０１０．５．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５０２５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８８５０
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１２１６３８７５）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３日（２０１０．５．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５０２５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８８５０
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１２１６３８７５）
【Ｆターム（参考）】
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