Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6963806B2 - Bioelectrochemical system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6963806B2 - Bioelectrochemical system - Google Patents

Bioelectrochemical system Download PDF

Info

Publication number
JP6963806B2
JP6963806B2 JP2017244165A JP2017244165A JP6963806B2 JP 6963806 B2 JP6963806 B2 JP 6963806B2 JP 2017244165 A JP2017244165 A JP 2017244165A JP 2017244165 A JP2017244165 A JP 2017244165A JP 6963806 B2 JP6963806 B2 JP 6963806B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
liquid
cathode
container
bioelectrochemical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017244165A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019110101A (en
Inventor
恭広 山下
浩 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Agriculture and Food Research Organization
Original Assignee
National Agriculture and Food Research Organization
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Agriculture and Food Research Organization filed Critical National Agriculture and Food Research Organization
Priority to JP2017244165A priority Critical patent/JP6963806B2/en
Publication of JP2019110101A publication Critical patent/JP2019110101A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6963806B2 publication Critical patent/JP6963806B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

本発明は、生物電気化学システムに関する。 The present invention relates to a bioelectrochemical system.

畜産農家にとって、畜舎から出る廃水の処理は、多大なコストおよび労力を要するため、大きな負担となっている。また、環境への影響を防ぐために、畜産バイオマスの資源化や排水処理基準の厳格化などに対応した新しい廃水処理技術の開発が求められている。有機性廃水の適正な処理および有機性廃水からの資源の回収を実現できる新技術の開発は、畜産分野のみならず食品加工、醸造、都市部における下水処理などの幅広い分野においても必要とされている。 For livestock farmers, the treatment of wastewater from the barn requires a great deal of cost and labor, which is a heavy burden. In addition, in order to prevent impacts on the environment, it is required to develop new wastewater treatment technology that responds to the recycling of livestock biomass and stricter wastewater treatment standards. The development of new technologies that can realize proper treatment of organic wastewater and recovery of resources from organic wastewater is required not only in the livestock field but also in a wide range of fields such as food processing, brewing, and sewage treatment in urban areas. There is.

近年、生物電気化学システム(Bioelectrochemical System:BES)と称される新しい技術が注目されている。生物電気化学システムは、電極上の反応を促進させる触媒として生物を利用する装置(バイオリアクター)の総称である。生物電気化学システムの例には、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell:MFC)、微生物電解セル(Microbial Electrolysis Cell:MEC)、および微生物電気化学的または酵素電気化学的な物質の生産または分解を行う装置などが含まれる。微生物燃料電池および微生物電解セルでは、微生物が嫌気性条件下において有機物を酸化還元反応で分解するとともに、そのときに生じた電子をアノード(負極)に渡す役割を担っている。 In recent years, a new technology called Bioelectrochemical System (BES) has attracted attention. The bioelectrochemical system is a general term for devices (bioreactors) that utilize living organisms as catalysts that promote reactions on electrodes. Examples of bioelectrochemical systems include microbial fuel cells (MFCs), microbial electrolysis cells (MECs), and devices that produce or decompose microbial electrochemical or enzymatic electrochemical substances. Etc. are included. In microbial fuel cells and microbial electrolytic cells, microorganisms play a role of decomposing organic substances by redox reaction under anaerobic conditions and passing electrons generated at that time to an anode (negative electrode).

微生物燃料電池は、嫌気性条件下において微生物が有機物を分解(酸化)することによって生じる余剰の還元力(電子)をアノード(負極)で回収することで発電(エネルギー回収)を行うバイオリアクターである。微生物燃料電池において、有機物の分解により生成された水素イオンは、カソード(正極)側に移動する。一方、有機物の分解により生成された電子は、アノードで回収されて、外部回路を経由してカソードに移動する。カソード表面では、アノード側から移動してきた水素イオンおよび電子が酸素と反応することで、水が生成される。 A microbial fuel cell is a bioreactor that generates power (energy recovery) by recovering excess reducing power (electrons) generated by decomposition (oxidation) of organic substances by microorganisms under anaerobic conditions at the anode (negative electrode). .. In a microbial fuel cell, hydrogen ions generated by decomposition of organic matter move to the cathode (positive electrode) side. On the other hand, the electrons generated by the decomposition of organic matter are collected at the anode and move to the cathode via an external circuit. On the cathode surface, water is generated by the reaction of hydrogen ions and electrons that have moved from the anode side with oxygen.

微生物電解セルは、嫌気性条件下において微生物が有機物を分解(酸化)することによって生じる余剰の還元力(電子)をカソード(正極)で水素として回収するバイオリアクターである。微生物電解セルにおいて、有機物の分解により生成された水素イオンは、カソード(正極)側に移動する。一方、有機物の分解により生成された電子は、アノード(負極)とカソード(正極)との間への電圧の印加により、アノードで回収されて、外部回路を経由してカソードに移動する。カソード表面では、水素イオンと電子とが反応することで、水素ガスが生成される。この水素を回収することにより、エネルギーを回収することができる。水素として得られるエネルギーの量は、電圧印加として投入したエネルギーの量よりも大きいため、微生物電解セル全体としては、廃水からエネルギーを回収したことになる。このように、微生物電解セルは、アノードおよびカソードと接続された電圧印加部(電源やポテンショスタットなど)により、アノードとカソードとの間に電圧を印加することが必要である。 The microbial electrolysis cell is a bioreactor that recovers excess reducing power (electrons) generated by decomposition (oxidation) of organic substances by microorganisms under anaerobic conditions as hydrogen at the cathode (positive electrode). In the microbial electrolysis cell, hydrogen ions generated by decomposition of organic substances move to the cathode (positive electrode) side. On the other hand, the electrons generated by the decomposition of the organic substance are recovered at the anode by applying a voltage between the anode (negative electrode) and the cathode (positive electrode), and move to the cathode via an external circuit. On the cathode surface, hydrogen gas is generated by the reaction of hydrogen ions and electrons. By recovering this hydrogen, energy can be recovered. Since the amount of energy obtained as hydrogen is larger than the amount of energy input as a voltage application, the energy of the entire microbial electrolysis cell is recovered from the wastewater. As described above, in the microbial electrolytic cell, it is necessary to apply a voltage between the anode and the cathode by a voltage application unit (a power source, a potentiostat, etc.) connected to the anode and the cathode.

微生物燃料電池および微生物電解セルなどの生物電気化学システムは、様々な種類の有機性廃水を処理することができる。この処理により廃水中の有機物が分解されるため、生物電気化学システムは、廃水を浄化(有機物を除去)する機能も併せ持っている。このように、生物電気化学システムは、廃水の浄化および廃水からのエネルギー回収を同時に行うことができるため、今後の新技術として期待されている。 Bioelectrochemical systems such as microbial fuel cells and microbial electrolytic cells can treat various types of organic wastewater. Since the organic matter in the wastewater is decomposed by this treatment, the bioelectrochemical system also has a function of purifying the wastewater (removing the organic matter). In this way, the bioelectrochemical system is expected as a new technology in the future because it can purify wastewater and recover energy from the wastewater at the same time.

ところで、廃水中の有機物を除去する方法としては、いずれも好気状態で行われる、標準活性汚泥法および散水ろ床法が広く用いられている。標準活性汚泥法は、好気性微生物を含む汚泥(活性汚泥)と廃水と混合した処理液に空気の泡を送り込んで処理液を好気状態にして、好気性微生物に廃水中の有機物を除去させる方法である。散水ろ床法は、好気性微生物を付着させたろ材に廃水を散水して、ろ材を廃水が通過する間に、好気性微生物に廃水中の有機物を除去させる方法である。 By the way, as a method for removing organic matter in wastewater, a standard activated sludge method and a sprinkling filter method, which are both performed in an aerobic state, are widely used. In the standard activated sludge method, air bubbles are sent to a treatment liquid that is a mixture of sludge containing aerobic microorganisms (activated sludge) and wastewater to bring the treatment liquid into an aerobic state, and the aerobic microorganisms remove organic substances from the wastewater. The method. The sprinkling filter method is a method in which wastewater is sprinkled on a filter medium to which aerobic microorganisms are attached, and the aerobic microorganisms remove organic substances in the wastewater while the wastewater passes through the filter medium.

廃水の浄化では廃水中の窒素の除去も重要である。窒素の除去としては、いずれも嫌気状態を用いて行われる、間欠曝気法および窒素除去用の試薬を添加する方法が知られている。間欠曝気法は、処理槽を間欠的に曝気することで、好気状態におけるアンモニアから硝酸または亜硝酸への反応と、嫌気状態における脱窒菌による硝酸または亜硝酸からガス体の窒素への反応と、を繰り返し行う方法である。 Removal of nitrogen in wastewater is also important for purification of wastewater. As the removal of nitrogen, an intermittent aeration method and a method of adding a reagent for removing nitrogen, which are both performed in an anaerobic state, are known. The intermittent aeration method involves intermittent aeration of the treatment tank to react ammonia to nitric acid or nitrite in an aerobic state, and nitric acid or nitrite to nitrogen in a gas form by denitrifying bacteria in an anaerobic state. , Is a method of repeating.

生物電気化学システムにおける、微生物を触媒とした電極上の反応は、嫌気状態で進行する。そのため、生物電気化学システムによる有機物の分解も、嫌気状態で行われる。なお、本発明者らは、生物電気化学システムに曝気装置を組み合わせても、電極上の反応が進行し、しかもこのときに有機物の除去効率が高まることを見出している(特許文献1参照)。本発明者らは、このとき、曝気装置が生物電気化学システムの液体を間欠的に曝気すれば、好気状態と嫌気状態とが繰り返されて、窒素除去の効率も高まることも見出している。 Microbial-catalyzed reactions on electrodes in bioelectrochemical systems proceed in an anaerobic state. Therefore, the decomposition of organic matter by the bioelectrochemical system is also performed in an anaerobic state. The present inventors have found that even if an aeration device is combined with a bioelectrochemical system, the reaction on the electrodes proceeds, and at this time, the efficiency of removing organic substances is increased (see Patent Document 1). At this time, the present inventors have also found that if the aeration device intermittently aerates the liquid of the bioelectrochemical system, the aerobic state and the anaerobic state are repeated, and the efficiency of nitrogen removal is also improved.

特開2016−091805号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-091805

Hong Liu, and Bruce E. Logan, "Electricity Generation Using an Air-Cathode Single Chamber Microbial Fuel Cell in the Presence and Absence of a Proton Exchange Membrane", Environ. Sci. Technol., Vol. 38, pp. 4040-4046.Hong Liu, and Bruce E. Logan, "Electricity Generation Using an Air-Cathode Single Chamber Microbial Fuel Cell in the Presence and Absence of a Proton Exchange Membrane", Environ. Sci. Technol., Vol. 38, pp. 4040-4046 ..

前述のとおり、生物電気化学システムは、発電だけでなく廃水中の有機物を除去して浄化処理を行うことも期待されている。また、廃水の処理には有機物の除去のみならず窒素の除去も求められる。しかしながら、従来の生物電気化学システムは、活性汚泥法などに比べて有機物の除去能力が低い。このため、有機物の分解能力が高い微生物燃料電池の開発が期待されている。 As mentioned above, bioelectrochemical systems are expected not only to generate electricity but also to remove organic matter in wastewater for purification treatment. In addition, the treatment of wastewater requires not only the removal of organic matter but also the removal of nitrogen. However, the conventional bioelectrochemical system has a lower ability to remove organic substances than the activated sludge method or the like. Therefore, the development of a microbial fuel cell having a high ability to decompose organic substances is expected.

特許文献1に記載のように、生物電気化学システムに曝気装置を組み合わせて、生物電気化学システムの液体を間欠的に曝気すれば、有機物の除去効率を高め、かつ、窒素の除去効率も高めることができる。しかし、廃水中の有機物および窒素をより低い消費電力で除去できる方法の開発に対する要求は常に存在する。また、生物電気化学システムでは、エネルギーの回収効率をより高めることへの要求も、常に存在する。エネルギーの回収効率は、たとえばクーロン効率により評価することができる。 As described in Patent Document 1, if an aeration device is combined with a bioelectrochemical system to intermittently aerate the liquid of the bioelectrochemical system, the efficiency of removing organic substances is increased and the efficiency of removing nitrogen is also increased. Can be done. However, there is always a demand for the development of methods that can remove organic matter and nitrogen in wastewater with lower power consumption. In addition, in bioelectrochemical systems, there is always a demand for higher energy recovery efficiency. The energy recovery efficiency can be evaluated, for example, by the Coulomb efficiency.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、廃水中の有機物および窒素をより低い消費電力で除去でき、かつ、クーロン効率などによって評価されるエネルギーの回収効率も格段に高め得る生物電気化学システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and bioelectricity can remove organic substances and nitrogen in waste water with lower power consumption, and can significantly improve the energy recovery efficiency evaluated by Coulomb efficiency and the like. The purpose is to provide a chemical system.

本発明は、以下の生物電気化学システムに関する。 The present invention relates to the following bioelectrochemical systems.

[1]容器と、有機物を含有する液体を前記容器に散布する散水装置と、前記容器に収容された、電解質を含有する液体と、前記散水装置から散布された液体に接触する位置に、前記容器に収容された液体と接触して配置された、表面に電子供与微生物を担持したアノードと、前記収容された液体に接触するように、またはカチオン透過性の隔膜を挟んで前記収容された液体と隣接するように配置されたカソードと、を有する、生物電気化学システム。
[2]前記散水装置は、前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流に応じて散水およびその停止、または散水量を調整する、[1]に記載の生物電気化学システム。
[3]前記容器に収容された液体は、有機物をさらに含有し、前記散水装置は、前記容器に収容された液体を散布する、[1]または[2]に記載の生物電気化学システム。
[4]前記アノードの形状は、ブラシ状もしくは繊維状またはこれらの組み合わせである、[1]〜[3]のいずれかに記載の生物電気化学システム。
[5]前記生物電気化学システムは、微生物燃料電池である、[1]〜[4]のいずれかに記載の生物電気化学システム。
[6]前記曝気装置は、前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流により駆動する、[5]に記載の生物電気化学システム。
[7]前記アノードから前記カソードに電子が流れるように、前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印加する電圧印加部をさらに有し、前記生物電気化学システムは、微生物電解セルである、[1]〜[4]のいずれかに記載の生物電気化学システム。
[8]前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流を測定する電流計をさらに有し、前記生物電気化学システムは、水質センサである、[1]〜[7]のいずれかに記載の生物電気化学システム。
[1] The container, a watering device for spraying a liquid containing an organic substance on the container, a liquid containing an electrolyte contained in the container, and a position where the liquid sprayed from the watering device comes into contact with each other. An anode carrying an electron-donating microorganism on the surface, which is placed in contact with the liquid contained in the container, and the contained liquid so as to be in contact with the contained liquid or across a cation-permeable diaphragm. A bioelectrochemical system having a cathode arranged adjacent to and.
[2] The bioelectrochemical system according to [1], wherein the watering apparatus adjusts watering and stopping, or the amount of watering according to an electric current flowing between the anode and the cathode.
[3] The bioelectrochemical system according to [1] or [2], wherein the liquid contained in the container further contains an organic substance, and the watering device sprays the liquid contained in the container.
[4] The bioelectrochemical system according to any one of [1] to [3], wherein the shape of the anode is brush-like, fibrous, or a combination thereof.
[5] The bioelectrochemical system according to any one of [1] to [4], wherein the bioelectrochemical system is a microbial fuel cell.
[6] The bioelectrochemical system according to [5], wherein the aeration device is driven by an electric current flowing between the anode and the cathode.
[7] The bioelectrochemical system is a microbial electrolysis cell, further comprising a voltage application section for applying a voltage between the anode and the cathode so that electrons flow from the anode to the cathode. 1] The bioelectrochemical system according to any one of [4].
[8] The organism according to any one of [1] to [7], further comprising an ammeter for measuring the current flowing between the anode and the cathode, wherein the bioelectrochemical system is a water quality sensor. Electrochemical system.

本発明によれば、廃水中の有機物および窒素をより低い消費電力で除去でき、かつ、クーロン効率などによって評価されるエネルギーの回収効率も格段に高め得る生物電気化学システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a bioelectrochemical system capable of removing organic substances and nitrogen in waste water with lower power consumption and significantly improving the energy recovery efficiency evaluated by the Coulomb efficiency and the like.

図1は、本発明の一実施の形態に係る微生物燃料電池の構成を示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microbial fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施の形態に係る微生物電解セルの構成を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microbial electrolytic cell according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施の形態に係る別の微生物電解セルの構成を示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of another microbial electrolytic cell according to an embodiment of the present invention. 図4は、実験に用いた微生物電解セルにおける電流の経時的変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing changes over time in the current in the microbial electrolytic cell used in the experiment. 図5は、実験に用いた微生物電解セルにおける化学的酸素要求量(COD)の経時的変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing changes over time in chemical oxygen demand (COD) in the microbial electrolysis cell used in the experiment. 図6は、実験に用いた微生物電解セルにおける全窒素(TN)の濃度の経時的変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing changes over time in the concentration of total nitrogen (TN) in the microbial electrolysis cell used in the experiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の一実施の形態に係る微生物燃料電池100の構成を示す模式断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microbial fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention.

図1に示されるように、微生物燃料電池100は、容器110、散水装置120、液体130、アノード140、膜電極接合体(MEA)150、導線170および電流計175を有する。散水装置120は、揚水管122、ポンプ124、導水管126、散水器128および制御部129を有する。液体130は、電解質を含有する。アノード140は、電子供与微生物142を担持する。膜電極接合体150は、隔膜152、カソード154および浮き156を含む。アノード140とカソード154とは、外部回路を構成する導線170により電気的に接続される。導線170には電流計175が設置される。 As shown in FIG. 1, the microbial fuel cell 100 has a container 110, a sprinkler 120, a liquid 130, an anode 140, a membrane electrode assembly (MEA) 150, a lead wire 170 and an ammeter 175. The watering device 120 includes a pumping pipe 122, a pump 124, a water pipe 126, a watering device 128, and a control unit 129. The liquid 130 contains an electrolyte. The anode 140 carries an electron-donating microorganism 142. The membrane electrode assembly 150 includes a diaphragm 152, a cathode 154 and a float 156. The anode 140 and the cathode 154 are electrically connected by a conducting wire 170 that constitutes an external circuit. An ammeter 175 is installed on the conductor 170.

容器110は、微生物燃料電池100の本体部を構成し、液体130を収容する。容器110の素材、形状および大きさは、特に限定されず、用途に応じて適宜設定されうる。本実施の形態に係る微生物燃料電池100では、従来の微生物燃料電池とは異なり、常時嫌気条件とするわけではないため、容器110は外部に開口していてもよい。 The container 110 constitutes the main body of the microbial fuel cell 100 and houses the liquid 130. The material, shape and size of the container 110 are not particularly limited and may be appropriately set according to the intended use. In the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, unlike the conventional microbial fuel cell, the container 110 may be opened to the outside because the anaerobic condition is not always set.

本実施形態では、容器110は、液体130の撹拌を促進する撹拌器115を有する。なお、散水により液体130が十分に撹拌されるような場合には、撹拌器115は不要である。 In this embodiment, the container 110 has a stirrer 115 that facilitates agitation of the liquid 130. When the liquid 130 is sufficiently agitated by watering, the stirrer 115 is unnecessary.

散水装置120は、揚水管122、ポンプ124、導水管126、散水器128および制御部129を有し、有機物を含有する液体を容器110(アノード140)に散布する。有機物は、アノード140が担持する電子供与微生物142の燃料となる有機物であり、電子供与微生物142が代謝可能であれば、特に限定されない。燃料となる有機物としては、アルコールや単糖類、多糖類、タンパク質などの有用資源だけでなく、農産業廃棄物や有機廃液、し尿、汚泥、食物残渣などの未利用資源(有機性廃棄物)も使用することができる。有機物を含有する液体は、各種廃水をそのまま使用されてもよいし、電子供与微生物142の維持および増殖のため、また微生物燃料電池100を連続して稼働させるため、必要に応じて燃料となる有機物を追加されてもよい。本実施形態では、容器110に収容された液体130は、燃料となる有機物を含んでおり、散水装置120は、容器110に収容された液体130を散布する。 The watering device 120 has a pumping pipe 122, a pump 124, a water pipe 126, a watering device 128, and a control unit 129, and sprays a liquid containing an organic substance into a container 110 (anode 140). The organic substance is an organic substance that serves as a fuel for the electron-donating microorganism 142 carried by the anode 140, and is not particularly limited as long as the electron-donating microorganism 142 can be metabolized. Organic matter used as fuel includes not only useful resources such as alcohol, monosaccharides, polysaccharides, and proteins, but also unused resources (organic waste) such as agricultural industrial waste, organic waste liquid, urine, sludge, and food residue. Can be used. As the liquid containing an organic substance, various wastewaters may be used as they are, or an organic substance as a fuel for maintaining and multiplying the electron-donating microorganism 142 and for continuously operating the microbial fuel cell 100 as necessary. May be added. In the present embodiment, the liquid 130 contained in the container 110 contains an organic substance as a fuel, and the watering device 120 sprays the liquid 130 contained in the container 110.

揚水管122は、容器110に収容された液体130をポンプ124へ導く水路管である。揚水管122の形状および構成は、散布されるべき量の液体130をポンプ124へ導通させることができれば特に限定されない。なお、液体130を撹拌するため、揚水管122は、液体130のうち、より底面側の液体130を汲み上げてポンプ124へ導くことが好ましく、液体130の深さの半分より底面側の深さから液体130を汲み上げてポンプ124へ導くことが好ましい。 The pumping pipe 122 is a water channel pipe that guides the liquid 130 contained in the container 110 to the pump 124. The shape and configuration of the pumping pipe 122 is not particularly limited as long as the amount of liquid 130 to be sprayed can be conducted to the pump 124. In order to agitate the liquid 130, the pumping pipe 122 preferably pumps the liquid 130 on the bottom side of the liquid 130 and guides it to the pump 124, from a depth on the bottom side rather than half the depth of the liquid 130. It is preferable to pump the liquid 130 and guide it to the pump 124.

ポンプ124は、揚水管122を通じて容器110中の液体130を揚水し、散水器128へ供給する。ポンプ124の種類は、特に限定されず、必要とされる液体130の散布量などに応じて適宜選択されうる。 The pump 124 pumps the liquid 130 in the container 110 through the pumping pipe 122 and supplies it to the sprinkler 128. The type of the pump 124 is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the required amount of the liquid 130 to be sprayed and the like.

導水管126は、ポンプ124からの液体130を散水器128へ導く水路管である。導水管126の形状および構成は、散布されるべき量の液体130を散水器128へ導通させることができれば特に限定されない。 The water pipe 126 is a water pipe that guides the liquid 130 from the pump 124 to the watering nozzle 128. The shape and configuration of the water pipe 126 are not particularly limited as long as the amount of liquid 130 to be sprayed can be conducted to the watering nozzle 128.

散水器128は、容器110の上部に配置され、ポンプ124から供給された液体130を容器110の底面に向けて散布する。散水器128は、たとえば、複数の散水ノズルを有する回転式または固定式の散水装置とすることができる。 The sprinkler 128 is arranged at the top of the container 110 and sprays the liquid 130 supplied from the pump 124 toward the bottom surface of the container 110. The watering device 128 can be, for example, a rotary or fixed watering device having a plurality of watering nozzles.

制御部129は、ポンプ124から散水器128への液体の供給または停止、およびポンプ124から散水器128への液体の供給量を制御する。制御部129は、ポンプ124を連続的に稼働させてもよいが、発電能力と有機物の分解能力とのバランスを容易に調整する観点からは、ポンプ124を断続的に稼働させてもよい。また、制御部129は、散水器128への液体の供給量が一定となるようにポンプ124を稼働させてもよいが、散水器128への液体の供給量が変動するようにポンプ124を稼働させてもよい。 The control unit 129 controls the supply or stop of the liquid from the pump 124 to the watering nozzle 128, and the supply amount of the liquid from the pump 124 to the watering nozzle 128. The control unit 129 may continuously operate the pump 124, but may intermittently operate the pump 124 from the viewpoint of easily adjusting the balance between the power generation capacity and the decomposition capacity of organic matter. Further, the control unit 129 may operate the pump 124 so that the amount of liquid supplied to the watering nozzle 128 is constant, but the control unit 129 operates the pump 124 so that the amount of liquid supplied to the watering nozzle 128 fluctuates. You may let me.

制御部129は、ポンプ124から散水器128への液体の供給または停止、およびポンプ124から散水器128への液体の供給量を、微生物燃料電池100の発電能力、有機物の分解能力、および液体130に含まれる有機物の濃度などに応じて適宜制御すればよい。有機物が十分に分解されて、液体130が浄化された場合は、微生物燃料電池100の発電により得られる電力は低下する。つまり、液体130中の有機物の濃度は、電流計175が検出する、アノード140とカソード154の間を流れる電流により推定することができる。したがって、制御部129は、アノード140とカソード154の間を流れる電流に応じて、ポンプ124の稼働およびその停止の間隔、ならびにポンプ124から散水器128への液体の供給量を制御してもよい。散水器128からの散水は、液体130中の有機物の分解を利用するために行われるため、液体130中の有機物の濃度が低下した場合は散水する必要はなく、窒素の除去効率を向上させる観点からは嫌気状態にするために散水をしない方が却って好ましいことがある。このような場合、制御部129は、電流の低下を検出したときにポンプ124の稼働を停止させたり、ポンプ124から散水器128への液体の供給量を少なくしたりしてもよい。このようにすることで、ポンプ124を稼働させるための電力消費を抑制することもできる。また、制御部129は、予め設定された好適な条件で散水するようにポンプ124の動作を制御してもよい。 The control unit 129 determines the supply or stop of the liquid from the pump 124 to the watering nozzle 128 and the amount of the liquid supplied from the pump 124 to the watering nozzle 128, the power generation capacity of the microbial fuel cell 100, the decomposition capacity of organic substances, and the liquid 130. It may be appropriately controlled according to the concentration of the organic substance contained in the watering nozzle. When the organic matter is sufficiently decomposed and the liquid 130 is purified, the electric power obtained by the power generation of the microbial fuel cell 100 is reduced. That is, the concentration of organic matter in the liquid 130 can be estimated from the current flowing between the anode 140 and the cathode 154 detected by the ammeter 175. Therefore, the control unit 129 may control the operation and stop interval of the pump 124 and the amount of liquid supplied from the pump 124 to the watering nozzle 128 according to the current flowing between the anode 140 and the cathode 154. .. Since the watering from the sprinkler 128 is performed to utilize the decomposition of the organic matter in the liquid 130, it is not necessary to sprinkle the water when the concentration of the organic matter in the liquid 130 decreases, and the viewpoint of improving the nitrogen removal efficiency is improved. From now on, it may be preferable not to sprinkle water in order to make it anaerobic. In such a case, the control unit 129 may stop the operation of the pump 124 when it detects a decrease in the current, or may reduce the amount of liquid supplied from the pump 124 to the watering nozzle 128. By doing so, it is possible to suppress the power consumption for operating the pump 124. Further, the control unit 129 may control the operation of the pump 124 so as to sprinkle water under a preset suitable condition.

なお、不図示のアンモニア濃度計で測定される、液体130中のアンモニア濃度が高い場合は、散水を促進して硝化反応を促進させてもよい。この場合、硝化反応の後、汚水の原水を電子供与体として容器110内に少量投入して脱窒反応を起こさせることで、窒素除去をすることができる。 When the ammonia concentration in the liquid 130 is high as measured by an ammonia concentration meter (not shown), watering may be promoted to promote the nitrification reaction. In this case, after the nitrification reaction, nitrogen can be removed by pouring a small amount of raw sewage as an electron donor into the container 110 to cause a denitrification reaction.

液体130は、容器110内に収容された、1種または2種以上の有機物、電解質および電子伝達性介在物質を含有する水溶液である。電解質の種類は、水中で電離可能な物質であれば特に限定されない。電解質の例には、NaHPO/NaHPO、KHPO/KHPO、NaCO/NaHCO、NaCl、KCl、NHClなどが含まれる。また、液体130には、必要に応じて電子メディエータや導電性微粒子などの電子伝達性介在物質をさらに添加してもよい。 The liquid 130 is an aqueous solution containing one or more kinds of organic substances, electrolytes and electron transport intervening substances contained in a container 110. The type of electrolyte is not particularly limited as long as it is a substance that can be ionized in water. Examples of electrolytes include NaH 2 PO 4 / Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 / K 2 HPO 4 , NaCO 3 / NaHCO 3 , NaCl, KCl, NH 4 Cl and the like. Further, an electron transfer intervening substance such as an electron mediator or conductive fine particles may be further added to the liquid 130, if necessary.

本実施形態では、液体130は、燃料となる有機物および電子供与微生物142をさらに含んでいる。本実施形態では、容器110に収容された液体130は、ポンプ124で吸い上げて散水装置120から散布される。このとき、液体130が電子供与微生物142を含んでいると、散布されてアノード140に接触したときに、液体130からアノード140に電子供与微生物142を容易に付着させて担持させることができる。 In the present embodiment, the liquid 130 further contains an organic substance as a fuel and an electron donating microorganism 142. In the present embodiment, the liquid 130 contained in the container 110 is sucked up by the pump 124 and sprayed from the watering device 120. At this time, if the liquid 130 contains the electron-donating microorganism 142, the electron-donating microorganism 142 can be easily attached to and supported from the liquid 130 to the anode 140 when it is sprayed and comes into contact with the anode 140.

アノード140は、散水器128と容器110の底面との間に、容器110に収容された液体130に接触するように配置される。これにより、アノード140は、散水器128から散水された液体および容器110に収容された液体130の両方に接触することができる。本実施の形態では、アノード140は、一部が容器110に収容された液体130の外部に露出し、一部が容器110に収容された液体130中に浸漬される。アノード140のうち、外部に露出した部分の長さ(液面からアノード140の頂部までの高さ)および液体130中に浸漬される部分の長さ(液面からアノード140の先端までの深さ)は、特に限定されない。なお、アノード140のうち、外部に露出した部分の長さは、より長いほど好気的な有機物分解が促進されるため好ましい。現実的には、電極の物理的強度およびポンプの容量などから、アノード140のうち、外部に露出した部分の長さは、通常1m以上15m以下程度であり、4m以上8m以下であることが好ましい。また、アノード140のうち、液体130中に浸漬される部分の長さは、より長いほど嫌気的な有機物分解および発電によるエネルギー回収が促進されるため好ましく、アノード140のうち、液体130中に浸漬される部分は、容器110の底面までの長さを有することが好ましい。現実的には、電極の物理的強度およびポンプの容量などから、アノード140のうち、液体130中に浸漬される部分の長さは、通常1m以上10m以下程度であり、3m以上6m以下であることが好ましい。なお、また、液体130を上面から見たときの、液体130の液面の面積に対するアノード140が占める面積の比率も、大きいことが好ましく、液体130の液面のうち、アノード140が占める面積は、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。 The anode 140 is arranged between the sprinkler 128 and the bottom surface of the container 110 so as to come into contact with the liquid 130 contained in the container 110. This allows the anode 140 to come into contact with both the liquid sprinkled from the sprinkler 128 and the liquid 130 contained in the container 110. In the present embodiment, the anode 140 is partially exposed to the outside of the liquid 130 contained in the container 110 and partially immersed in the liquid 130 contained in the container 110. The length of the part of the anode 140 exposed to the outside (height from the liquid surface to the top of the anode 140) and the length of the part immersed in the liquid 130 (depth from the liquid surface to the tip of the anode 140). ) Is not particularly limited. The length of the portion of the anode 140 exposed to the outside is preferable because the longer the length is, the more aerobic decomposition of organic substances is promoted. In reality, the length of the portion of the anode 140 exposed to the outside is usually about 1 m or more and 15 m or less, and preferably 4 m or more and 8 m or less, from the viewpoint of the physical strength of the electrode and the capacity of the pump. .. Further, the length of the portion of the anode 140 immersed in the liquid 130 is preferable because the longer the length is, the more anaerobic decomposition of organic substances and energy recovery by power generation are promoted. Therefore, the anode 140 is immersed in the liquid 130. It is preferable that the portion to be formed has a length up to the bottom surface of the container 110. In reality, the length of the portion of the anode 140 immersed in the liquid 130 is usually about 1 m or more and 10 m or less, and 3 m or more and 6 m or less, depending on the physical strength of the electrode and the capacity of the pump. Is preferable. Further, it is also preferable that the ratio of the area occupied by the anode 140 to the area of the liquid surface of the liquid 130 when the liquid 130 is viewed from above is also large, and the area occupied by the anode 140 in the liquid surface of the liquid 130 is , 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 90% or more.

アノード140には、電子供与微生物142が担持される。電子供与微生物142の種類は、1種であってもよいし、2種以上であってもよい。有機性廃水や汚泥などを散水器128から散布する場合は、外部から電子供与微生物を加えなくとも、それらに生息する電子供与微生物をそのまま利用することができる。たとえば、シュードモナスやジオバクターなどは、土壌や淡水、海水などの自然環境の至るところに生息しているため、有機廃水や汚泥などを散水器128から散布すれば、外部から添加することなく利用できる。電子供与微生物142は、微生物燃料電池100の稼働前にあらかじめアノード140に担持させておいてもよいし、微生物燃料電池100を稼働させることによって、容器110に収容された電子供与微生物142を含む液体130がポンプ124によって散水器128に供給され、散水器128から散布されてアノード140に接触することにより、アノード140に付与されてもよい。 An electron donating microorganism 142 is supported on the anode 140. The type of the electron donating microorganism 142 may be one kind or two or more kinds. When organic wastewater, sludge, or the like is sprayed from the watering nozzle 128, the electron-donating microorganisms inhabiting them can be used as they are without adding electron-donating microorganisms from the outside. For example, Pseudomonas and Geobacter inhabit all parts of the natural environment such as soil, fresh water, and seawater, so if organic wastewater or sludge is sprayed from the sprinkler 128, it can be used without being added from the outside. The electron donating microorganism 142 may be supported on the anode 140 in advance before the operation of the microbial fuel cell 100, or a liquid containing the electron donating microorganism 142 contained in the container 110 by operating the microbial fuel cell 100. The 130 may be supplied to the anode 140 by being supplied to the sprinkler 128 by the pump 124, sprayed from the sprinkler 128 and in contact with the anode 140.

なお、アノード140は、電子供与微生物142以外の微生物も保持できるので、廃水浄化作用を増強する微生物担体としても機能できる。 Since the anode 140 can also retain microorganisms other than the electron-donating microorganism 142, it can also function as a microbial carrier that enhances the wastewater purification action.

アノード140の素材および形状は、特に限定されず、電子供与微生物142の付着性や電子供与微生物142からの電子伝達度などに応じて適宜選択されうる。アノード140の素材の例には、炭素や金属、金属酸化物などが含まれる。アノード140の形状の例には、クロスなどの平面形状や、ブラシ状や棒状、粒状、繊維状などの立体形状が含まれる。なお、容器110に収容された液体130は、散水されたときに十分な量の有機物をアノード140に供給するため、適度な水流が生じることが望ましい。そのため、アノード140は、適度なしなやかさを有していたり、電極間または電極を構成する繊維などの間に隙間が形成されていたりして、容器110に収容された液体130に生じる水流を過度に阻害しないことが望ましい。表面積を広くして電子供与微生物142をより担持させやすくし、かつ、液体130の適度な水流を阻害しにくくする観点からは、アノード140の形状は、ブラシ状、繊維状、メッシュ状または折り畳んだメッシュ状の形状であることが好ましく、繊維を束ねたりするなど、これらの形状を組み合わせてなることが好ましい。適度なしなやかさを有するため液体130の水流を阻害しにくいようなアノード140の素材の例には、カーボン繊維、カーボンペーパー、グラファイト板、カーボンクロス、カーボンメッシュ、グラファイトフェルト、グラファイト粒子、活性化グラファイト粒子、カーボンフェルト、網状ガラス化カーボン、カーボンブラシなどが含まれる。また、適度な隙間を有するため液体130の水流を阻害しにくいようなアノード140の素材の例には、ステンレス鋼メッシュなどが含まれる。これらは、加熱処理されていてもよい。加熱処理をなされたか否かは、エネルギー分散型X線分光法(EDS/EDX)により、アノード140の表面における各元素の濃度と、アノード140を切断することで露出させた断面において表面から5μm以上離れた部分(内部)における各元素の濃度とを比較することで、確認することができる。 The material and shape of the anode 140 are not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the adhesion of the electron-donating microorganism 142, the degree of electron transfer from the electron-donating microorganism 142, and the like. Examples of the material of the anode 140 include carbon, metal, metal oxide and the like. Examples of the shape of the anode 140 include a planar shape such as a cloth and a three-dimensional shape such as a brush shape, a rod shape, a granular shape, and a fibrous shape. Since the liquid 130 contained in the container 110 supplies a sufficient amount of organic matter to the anode 140 when sprinkled, it is desirable that an appropriate water flow is generated. Therefore, the anode 140 has an appropriate degree of flexibility, or a gap is formed between the electrodes or between the fibers constituting the electrodes, so that the water flow generated in the liquid 130 contained in the container 110 is excessive. It is desirable not to interfere with. From the viewpoint of increasing the surface area to more easily support the electron-donating microorganism 142 and making it difficult to obstruct the appropriate water flow of the liquid 130, the shape of the anode 140 is brush-like, fibrous, mesh-like or folded. It is preferably a mesh-like shape, and it is preferable to combine these shapes, such as bundling fibers. Examples of materials for the anode 140 that have moderate suppleness and do not easily obstruct the water flow of the liquid 130 include carbon fiber, carbon paper, graphite plate, carbon cloth, carbon mesh, graphite felt, graphite particles, and activated graphite. Includes particles, carbon felt, reticulated graphitized carbon, carbon brushes, etc. Further, examples of the material of the anode 140 that does not easily obstruct the water flow of the liquid 130 because it has an appropriate gap include a stainless steel mesh and the like. These may be heat-treated. Whether or not heat treatment was performed depends on the concentration of each element on the surface of the anode 140 by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS / EDX) and 5 μm or more from the surface in the cross section exposed by cutting the anode 140. It can be confirmed by comparing the concentration of each element in the distant part (inside).

アノード140に電子供与微生物142が担持されて形成されるバイオフィルムは、その表面近傍の好気性細菌により酸素が消費されるため、内部は嫌気状態になっていると考えられる。そのため、バイオフィルムの内部では微生物を触媒とした電極上の反応が進行して、電流が生産されると考えられる(原理がこれに限定されるものではない)。これにより、アノード140のうち、液体130と接触する部位のみならず、液体130の外部に露出した部位においても、嫌気状態となっているバイオフィルムの内部において電流の生産が可能である。 It is considered that the biofilm formed by supporting the electron-donating microorganism 142 on the anode 140 is in an anaerobic state because oxygen is consumed by aerobic bacteria near the surface thereof. Therefore, it is considered that the reaction on the electrode catalyzed by microorganisms proceeds inside the biofilm to produce an electric current (the principle is not limited to this). As a result, it is possible to generate an electric current inside the biofilm in an anaerobic state not only at the portion of the anode 140 that comes into contact with the liquid 130 but also at the portion exposed to the outside of the liquid 130.

膜電極接合体150は、カチオン透過性を有する隔膜152と、ガス透過性を有するカソード154とを含む。隔膜152およびカソード154は、一体化されて膜電極接合体150を構成する。膜電極接合体150は、隔膜152が液体130に接触し、カソード154が外気に接触するように配置される。本実施形態では、平面視において中央部に貫通孔が形成された略直方体状の浮き156に設けられた貫通孔を塞ぐように浮き156の下側に隔膜152が固定されており、浮き156の貫通孔内において隔膜152上にカソード154が積層される。その結果、膜電極接合体150は、液体130の表面に浮いて配置される。膜電極接合体150は、図1では、液体130の表面(液面)と平行となるように配置されるが、隔膜152の下に気泡が留まることを抑制するために液体130の表面(液面)に対して傾斜するように配置されていてもよい。 The membrane electrode assembly 150 includes a diaphragm 152 having cation permeability and a cathode 154 having gas permeability. The diaphragm 152 and the cathode 154 are integrated to form a membrane electrode assembly 150. The membrane electrode assembly 150 is arranged so that the diaphragm 152 is in contact with the liquid 130 and the cathode 154 is in contact with the outside air. In the present embodiment, the diaphragm 152 is fixed to the lower side of the float 156 so as to close the through hole provided in the substantially rectangular parallelepiped float 156 having the through hole formed in the central portion in a plan view. The cathode 154 is laminated on the diaphragm 152 in the through hole. As a result, the membrane electrode assembly 150 is floated and arranged on the surface of the liquid 130. The membrane electrode assembly 150 is arranged so as to be parallel to the surface (liquid surface) of the liquid 130 in FIG. 1, but the surface (liquid) of the liquid 130 is prevented from staying under the diaphragm 152. It may be arranged so as to be inclined with respect to the surface).

隔膜152は、カチオンを選択的に透過させうる膜であり、液体130とカソード154との間に配置される。前述のとおり、本実施形態では、略直方体状の浮き156に形成された貫通孔を塞ぐように浮き156の下側に隔膜152が固定される。隔膜152の種類は、カチオンを選択的に透過させることができれば、特に限定されない。隔膜152の例には、プロトン交換膜が含まれる。プロトン交換膜は、プロトン伝導性のイオン交換高分子電解質からなる膜である。プロトン交換膜の素材の例には、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、および有機/無機複合化合物が含まれる。パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂は、例えば、スルホ基またはカルボキシル基を有するパーフルオロビニルエーテルを基礎とする重合単位と、テトラフルオロエチレンを基礎とする重合単位とを含む共重合体を含む。そのようなフッ素イオン交換樹脂としては、ナフィオン(登録商標)が知られている。有機/無機複合化合物は、炭化水素系高分子(例えばポリビニルアルコール)および無機化合物(例えばタングステン酸)が複合化した化合物からなる物質である。これらの素材からなる膜は、市販されている。 The diaphragm 152 is a membrane capable of selectively permeating cations and is arranged between the liquid 130 and the cathode 154. As described above, in the present embodiment, the diaphragm 152 is fixed to the lower side of the float 156 so as to close the through hole formed in the substantially rectangular parallelepiped float 156. The type of diaphragm 152 is not particularly limited as long as it can selectively permeate cations. Examples of the diaphragm 152 include a proton exchange membrane. The proton exchange membrane is a membrane made of a proton-conducting ion-exchange polymer electrolyte. Examples of materials for proton exchange membranes include perfluorosulfonic acid-based fluoroion exchange resins and organic / inorganic composite compounds. The perfluorosulfonic acid-based fluorine ion exchange resin includes, for example, a copolymer containing a polymerization unit based on a perfluorovinyl ether having a sulfo group or a carboxyl group and a polymerization unit based on tetrafluoroethylene. Nafion (registered trademark) is known as such a fluorine ion exchange resin. The organic / inorganic composite compound is a substance composed of a compound in which a hydrocarbon polymer (for example, polyvinyl alcohol) and an inorganic compound (for example, tungsten acid) are compounded. Membranes made of these materials are commercially available.

カソード(エアカソード)154は、隔膜152を挟んで液体130と隣接して配置される。前述のとおり、本実施形態では、略直方体状の浮き156に形成された貫通孔内において隔膜152上にカソード154が積層される。カソード154の素材および形状は、ガス透過性および導電性を両立できれば特に限定されない。カソード154の素材の例には、炭素や金属などが含まれる。カソード154の例には、カーボンペーパーやカーボンクロス、カーボンメッシュ、グラファイト粒子、活性化グラファイト粒子、カーボンフェルト、網状ガラス化カーボン、ステンレス鋼メッシュなどが含まれる。これらは、加熱処理されていてもよい。また、これらの表面に、プラチナや活性炭などの酸素還元触媒を担持させてもよい。加熱処理をなされたか否かは、エネルギー分散型X線分光法(EDS/EDX)により、カソード154の表面における各元素の濃度と、カソード154を切断することで露出させた断面において表面から5μm以上離れた部分(内部)における各元素の濃度とを比較することで、確認することができる。 The cathode (air cathode) 154 is arranged adjacent to the liquid 130 with the diaphragm 152 in between. As described above, in the present embodiment, the cathode 154 is laminated on the diaphragm 152 in the through hole formed in the substantially rectangular parallelepiped float 156. The material and shape of the cathode 154 are not particularly limited as long as they can achieve both gas permeability and conductivity. Examples of the material of the cathode 154 include carbon, metal and the like. Examples of the cathode 154 include carbon paper, carbon cloth, carbon mesh, graphite particles, activated graphite particles, carbon felt, reticulated vitrified carbon, stainless steel mesh and the like. These may be heat-treated. Further, an oxygen reduction catalyst such as platinum or activated carbon may be supported on these surfaces. Whether or not heat treatment was performed depends on the concentration of each element on the surface of the cathode 154 by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS / EDX) and 5 μm or more from the surface in the cross section exposed by cutting the cathode 154. It can be confirmed by comparing the concentration of each element in the distant part (inside).

浮き156は、液体130の表面(液面)に浮いて、隔膜152およびカソード154を直接または間接的に支持する。その結果、アノード140は、液体130の中に浮いて配置され、隔膜152およびカソード154は、液体130の表面に浮いて配置される。すなわち、アノード140、隔膜152およびカソード154と、浮き156とは、一つの浮遊体を構成する。浮き156の素材および形状は、アノード140、隔膜152およびカソード154を液体130の中または表面に浮かすことができれば特に限定されない。たとえば、浮き156は、発泡スチロールなどの発泡プラスチックや、樹脂や金属などからなる中空構造体などである。本実施形態では、浮き156は、貫通孔を有する略直方体状の発泡プラスチックである。 The float 156 floats on the surface (liquid surface) of the liquid 130 and directly or indirectly supports the diaphragm 152 and the cathode 154. As a result, the anode 140 is placed floating in the liquid 130, and the diaphragm 152 and the cathode 154 are placed floating in the surface of the liquid 130. That is, the anode 140, the diaphragm 152, the cathode 154, and the float 156 form one floating body. The material and shape of the float 156 are not particularly limited as long as the anode 140, diaphragm 152 and cathode 154 can be floated in or on the surface of the liquid 130. For example, the float 156 is a foamed plastic such as Styrofoam, a hollow structure made of resin, metal, or the like. In the present embodiment, the float 156 is a substantially rectangular parallelepiped foamed plastic having a through hole.

電流計175は、導線170に設置されて、アノード140とカソード154の間を流れる電流を測定する。 The ammeter 175 is installed on the conductor 170 to measure the current flowing between the anode 140 and the cathode 154.

その他、微生物燃料電池100は、液体130の温度を測る温度計や液体130のpHを測るpHメーター、液体130中の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計(DO計)、液体130中のアンモニウムイオンや硝酸イオンなどの濃度を測るイオンセンサーなどの計器類をさらに有していてもよい。この場合、制御部129は、液体130の温度(電子供与微生物142の活性と相関する)や液体130のpH(液体130中のアンモニア濃度と相関する)、液体130の酸化還元電位(ORP)(液体130が嫌気状態なのか好気状態なのかと相関する)、液体130の溶存酸素濃度(液体130が嫌気状態なのか好気状態なのかと相関する)などの情報に基づいて液体130に含まれる有機物の濃度をより高感度で検出することが可能となり、より適切に散水条件を設定することができるようになる。 In addition, the microbial fuel cell 100 includes a thermometer for measuring the temperature of the liquid 130, a pH meter for measuring the pH of the liquid 130, a dissolved oxygen meter (DO meter) for measuring the dissolved oxygen concentration in the liquid 130, and ammonium ions in the liquid 130. Further, it may have instruments such as an ion sensor for measuring the concentration of pH and nitrate ions. In this case, the control unit 129 determines the temperature of the liquid 130 (correlates with the activity of the electron donating microorganism 142), the pH of the liquid 130 (correlates with the concentration of ammonia in the liquid 130), and the oxidation-reduction potential (ORP) of the liquid 130. Organic substances contained in the liquid 130 based on information such as the dissolved oxygen concentration of the liquid 130 (correlates with whether the liquid 130 is anaerobic or aerobic) and the dissolved oxygen concentration of the liquid 130 (correlates with whether the liquid 130 is anaerobic or aerobic). It becomes possible to detect the concentration of water with higher sensitivity, and it becomes possible to set watering conditions more appropriately.

(微生物燃料電池の動作)
次に、本実施形態に係る微生物燃料電池100の動作について説明する。
(Operation of microbial fuel cell)
Next, the operation of the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment will be described.

ポンプ124により、容器110に収容された液体130を揚水して散水器128に供給させて、本実施形態に係る微生物燃料電池100を稼働させると、アノード140に担持された電子供与微生物142により形成されたバイオフィルムの内部では、電子供与微生物142が有機物(例えば酢酸)を二酸化炭素に分解する際に、水素イオンと電子が生成される。有機物の分解により生成された水素イオンは、散布された液体130の流れによって容器110に収容された液体130の内部に移動し、隔膜152を透過してカソード154表面に移動する。一方、有機物の分解により生成された電子は、アノード140で回収されて、外部回路を経由してカソード154に移動する。また、カソード154は通気性を有するため、カソード154表面には酸素も存在する。このような状況において、カソード154表面では、水素イオンおよび電子が酸素と反応することで、水が生成される。したがって、容器110内に有機物を供給することで、上記サイクルを維持して、外部回路に電力を連続して供給することができる。 When the liquid 130 contained in the container 110 is pumped by the pump 124 and supplied to the sprinkler 128 to operate the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, it is formed by the electron donating microorganism 142 supported on the anode 140. Inside the biofilm, hydrogen ions and electrons are generated when the electron-donating microorganism 142 decomposes an organic substance (for example, acetic acid) into carbon dioxide. The hydrogen ions generated by the decomposition of the organic matter move to the inside of the liquid 130 contained in the container 110 by the flow of the sprayed liquid 130, pass through the diaphragm 152, and move to the surface of the cathode 154. On the other hand, the electrons generated by the decomposition of the organic substance are collected at the anode 140 and move to the cathode 154 via an external circuit. Further, since the cathode 154 has air permeability, oxygen is also present on the surface of the cathode 154. In such a situation, on the surface of the cathode 154, hydrogen ions and electrons react with oxygen to generate water. Therefore, by supplying the organic substance into the container 110, the above cycle can be maintained and the electric power can be continuously supplied to the external circuit.

本実施形態に係る微生物燃料電池100は、有機物を含有する液体をアノード140に散布することを主たる特徴とする。本実施形態に係る微生物燃料電池100では、アノード140が、外気に触れる位置で有機物を含有する液体130に接触する。そのため、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、バイオフィルムの内部での嫌気処理による発電および有機物の分解に加えて、バイオフィルムのうち外縁部の外気に触れる領域での好気処理による有機物の分解も行うことができる(図5参照)。 The microbial fuel cell 100 according to the present embodiment is mainly characterized in that a liquid containing an organic substance is sprayed on the anode 140. In the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, the anode 140 comes into contact with the liquid 130 containing an organic substance at a position where it comes into contact with the outside air. Therefore, in the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, in addition to power generation and decomposition of organic substances by anaerobic treatment inside the biofilm, organic substances are subjected to aerobic treatment in the region of the biofilm that comes into contact with the outside air. It can also be disassembled (see FIG. 5).

また、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、好気処理も利用するため、嫌気処理のみを利用する従来の微生物燃料電池では不可能であった窒素の除去も可能である(図6参照)。アノード140に電子供与微生物142が担持されて形成されるバイオフィルムは、外表面の近傍が好気状態になっており、内部が嫌気状態になっている。そのため、アノード140では、アンモニアから硝酸または亜硝酸への反応がバイオフィルムの外表面の近傍で進行し、嫌気性細菌である脱窒菌による硝酸または亜硝酸からガス体の窒素への反応がバイオフィルムの内部で進行すると考えられる(原理がこれに限定されるものではない)。 Further, since the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment also uses aerobic treatment, it is possible to remove nitrogen, which was not possible with a conventional microbial fuel cell using only anaerobic treatment (see FIG. 6). .. The biofilm formed by supporting the electron-donating microorganism 142 on the anode 140 is in an aerobic state near the outer surface and in an anaerobic state inside. Therefore, at the anode 140, the reaction from ammonia to nitric acid or nitrite proceeds near the outer surface of the biofilm, and the reaction from nitric acid or nitrite to nitrogen in the gas form by the anaerobic bacterium denitrifying bacteria is the biofilm. It is thought that it proceeds inside the (the principle is not limited to this).

(効果)
以上のように、本実施形態に係る微生物燃料電池100では、散水装置120によって液体を散水することにより、アノード140のうち液体130から露出した部位が好気状態となり、有機物の分解除去およびアンモニアから硝酸または亜硝酸への反応を進行させることができる。一方で、アノード140のうち液体130に接触する部位、アノード140に付着した電子供与微生物142が形成するバイオフィルムの内部、および容器110に収容された液体130の内部では、嫌気状態による、微生物を触媒とした電極上の反応および硝酸または亜硝酸からガス体の窒素への反応も進行させることができる。このようにして、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、間欠的な曝気を行うことなく、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去を同時に、かつ連続的に、行うことができる。そのため、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去のすべてを連続的に行うことができ、これらの処理速度を高めることが容易である。
(effect)
As described above, in the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, by watering the liquid with the watering device 120, the portion of the anode 140 exposed from the liquid 130 becomes an aerobic state, and the decomposition and removal of organic substances and ammonia are eliminated. The reaction to nitric acid or nitrite can proceed. On the other hand, in the part of the anode 140 that comes into contact with the liquid 130, the inside of the biofilm formed by the electron donating microorganism 142 adhering to the anode 140, and the inside of the liquid 130 contained in the container 110, microorganisms due to an anaerobic state are introduced. The reaction on the electrode as a catalyst and the reaction of nitric acid or nitrite to nitrogen of the gas body can also proceed. In this way, the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment can simultaneously and continuously produce electric current, remove organic substances, and remove nitrogen without performing intermittent aeration. Therefore, the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment can continuously produce electric current, remove organic substances, and remove nitrogen, and it is easy to increase the processing speed of these.

また、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、散水装置120によって液体を揚水および散水しながら稼働するため、液体130が適度に撹拌されて有機物および窒素などの濃度が適度に均一化され、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去の効率をより高めることができる。 Further, since the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment operates while pumping and sprinkling the liquid by the watering device 120, the liquid 130 is appropriately agitated to appropriately equalize the concentrations of organic substances and nitrogen, and the electric current is generated. Production, removal of organic matter, and removal of nitrogen can be made more efficient.

また、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、より低電力で行える散水によりアノード140の表面に好気状態を形成できため、標準活性汚泥法による有機物の除去を行う際に問題となる消費電力の増大が、抑制される。また、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、好気処理だけでなく嫌気処理も利用するため、嫌気処理を利用しない標準活性汚泥法よりも余剰汚泥の発生量を低減することもできる。 Further, since the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment can form an aerobic state on the surface of the anode 140 by watering with lower power consumption, power consumption becomes a problem when removing organic substances by the standard activated sludge method. Increase is suppressed. Further, since the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment uses not only aerobic treatment but also anaerobic treatment, it is possible to reduce the amount of excess sludge generated as compared with the standard activated sludge method that does not use anaerobic treatment.

さらに、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、導線170を流れる電流が液体130中の有機物量に相関した量の電流が導線170を流れるという特徴を有する(図4および図5参照)。そのため、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、導線170を流れる電流を電流計175で測定することにより液体130中の有機物量を推測する、水質センサとしても有用である。 Further, the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment has a feature that the current flowing through the conducting wire 170 flows through the conducting wire 170 in an amount corresponding to the amount of organic matter in the liquid 130 (see FIGS. 4 and 5). Therefore, the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment is also useful as a water quality sensor that estimates the amount of organic matter in the liquid 130 by measuring the current flowing through the lead wire 170 with an ammeter 175.

また、本実施形態に係る微生物燃料電池100では、アノード140、隔膜152およびカソード154が容器110の壁面の一部を構成することなく液体130の中または表面に浮いている。このため、液体130の圧力の増大によるアノード140、隔膜152およびカソード154の破壊を考慮することなく、容器110を大きくすること、すなわち微生物燃料電池100をスケールアップすることができる。また、液体130の量に関係なく、アノード140およびカソード154の全面が常に液体130と直接または隔膜152を介して接触することから、液体130の量の変化の影響を受けずに外部回路に電力を安定して出力することができる。 Further, in the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, the anode 140, the diaphragm 152, and the cathode 154 float in or on the surface of the liquid 130 without forming a part of the wall surface of the container 110. Therefore, the container 110 can be enlarged, that is, the microbial fuel cell 100 can be scaled up without considering the destruction of the anode 140, the diaphragm 152, and the cathode 154 due to the increase in the pressure of the liquid 130. Further, regardless of the amount of the liquid 130, the entire surfaces of the anode 140 and the cathode 154 are always in contact with the liquid 130 directly or through the diaphragm 152, so that the external circuit is powered without being affected by the change in the amount of the liquid 130. Can be output stably.

さらに、本実施形態に係る微生物燃料電池100は、アノード140およびカソード154(膜電極接合体150)を、従来の散水ろ床法に用いる装置に設置するだけでよい。したがって、本実施形態に係る微生物燃料電池100を既存の施設に導入することも容易である。 Further, in the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment, the anode 140 and the cathode 154 (membrane electrode assembly 150) need only be installed in the apparatus used in the conventional sprinkling filter method. Therefore, it is easy to introduce the microbial fuel cell 100 according to the present embodiment into an existing facility.

また、本実施形態では、カソード154を液体130の中または表面に浮かすための浮き156を有する微生物燃料電池100について説明したが、浮き156は必須の構成要件ではない。たとえば、隔膜152またはカソード154を中空構造とするなどしてこれら自身を浮くようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the microbial fuel cell 100 having the float 156 for floating the cathode 154 in or on the surface of the liquid 130 has been described, but the float 156 is not an indispensable constituent requirement. For example, the diaphragm 152 or the cathode 154 may have a hollow structure so as to float themselves.

また、本実施形態では、隔膜152を有する微生物燃料電池100について説明したが、隔膜152は必須の構成要件ではない。すなわち、カソード154は、アノード140と接触してはいけないが、液体130には直接接触していてもよい。しかしながら、電池の実用性を考慮した場合は、隔膜152はあることが好ましい。 Further, in the present embodiment, the microbial fuel cell 100 having the diaphragm 152 has been described, but the diaphragm 152 is not an indispensable constituent requirement. That is, the cathode 154 must not be in contact with the anode 140, but may be in direct contact with the liquid 130. However, considering the practicality of the battery, it is preferable that the diaphragm 152 is present.

また、本実施形態では、容器110に収容されている液体130をポンプ124によって揚水して散水器128から散布する微生物燃料電池100について説明したが、有機物を含有する液体は、容器110に収容されている液体130ではなく、廃水を外部からポンプ124によって散水器128に供給して散布してもよい。このときも、電子供与微生物142は、微生物燃料電池100の稼働前にあらかじめアノード140に担持させておいてもよいし、微生物燃料電池100を稼働させることによって、外部からの廃水がポンプ124によって散水器128に供給され、散水器128から散布されてアノード140に接触することにより、アノード140に付与されてもよい。 Further, in the present embodiment, the microbial fuel cell 100 in which the liquid 130 contained in the container 110 is pumped by the pump 124 and sprayed from the sprinkler 128 has been described, but the liquid containing an organic substance is contained in the container 110. Wastewater may be supplied to the sprinkler 128 from the outside by a pump 124 and sprayed instead of the liquid 130. At this time as well, the electron donating microorganism 142 may be supported on the anode 140 in advance before the operation of the microbial fuel cell 100, or by operating the microbial fuel cell 100, waste water from the outside is sprinkled by the pump 124. It may be applied to the anode 140 by being supplied to the vessel 128, sprayed from the sprinkler 128, and in contact with the anode 140.

[第2の実施形態]
図2は、本発明の一実施の形態に係る微生物電解セル200の構成を示す模式断面図である。微生物電解セル200は、容器210、散水装置220、液体230、アノード(負極、作用極)240、カソード(正極、対極)250、参照電極280、ポテンショスタット292、水素回収部294および水素貯蔵部296、導線270および電流計275を有する。を有する。アノード240、カソード250および参照電極280は、ポテンショスタット292に電気的に接続される。液体230は、有機物および電子供与微生物242を含む。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the microbial electrolytic cell 200 according to the embodiment of the present invention. The microbial electrolysis cell 200 includes a container 210, a sprinkler 220, a liquid 230, an anode (negative electrode, working electrode) 240, a cathode (positive electrode, counter electrode) 250, a reference electrode 280, a potentiostat 292, a hydrogen recovery unit 294, and a hydrogen storage unit 296. , Has a lead wire 270 and a current meter 275. Have. The anode 240, cathode 250 and reference electrode 280 are electrically connected to the potentiostat 292. Liquid 230 contains organic matter and electron donating microorganisms 242.

容器210は、微生物電解セル200の本体部を構成し、液体230を収容する。容器210の素材、形状および大きさは、特に限定されず、用途に応じて適宜設定されうる。 The container 210 constitutes the main body of the microbial electrolysis cell 200 and houses the liquid 230. The material, shape and size of the container 210 are not particularly limited and may be appropriately set according to the intended use.

本実施形態でも、容器210は、液体230の撹拌を促進する撹拌器215を有する。なお、散水により液体230が十分に撹拌されるような場合には、撹拌器215は不要である。 Also in this embodiment, the container 210 has a stirrer 215 that promotes agitation of the liquid 230. When the liquid 230 is sufficiently agitated by watering, the stirrer 215 is unnecessary.

散水装置220は、有機物を含有する液体を容器210に散布する。有機物は、アノード240が担持する電子供与微生物242の燃料となる有機物であり、電子供与微生物242が代謝可能であれば、特に限定されない。燃料となる有機物としては、アルコールや単糖類、多糖類、タンパク質などの有用資源だけでなく、農産業廃棄物や有機廃液、し尿、汚泥、食物残渣などの未利用資源(有機性廃棄物)も使用することができる。有機物を含有する液体は、各種廃水をそのまま使用されてもよいし、電子供与微生物242の維持および増殖のため、また微生物電解セル200を連続して稼働させるため、必要に応じて燃料となる有機物を追加されてもよい。散水装置220は、第1の実施形態に係る微生物燃料電池100の散水装置220と同様の、揚水管222、ポンプ224、導水管226、散水器228および制御部229を有する構成であり、動作を同様に制御される。 The watering device 220 sprays a liquid containing an organic substance into the container 210. The organic substance is an organic substance that serves as a fuel for the electron-donating microorganism 242 carried by the anode 240, and is not particularly limited as long as the electron-donating microorganism 242 can be metabolized. Organic matter used as fuel includes not only useful resources such as alcohol, monosaccharides, polysaccharides, and proteins, but also unused resources (organic waste) such as agricultural industrial waste, organic waste liquid, urine, sludge, and food residue. Can be used. As the liquid containing an organic substance, various wastewaters may be used as they are, or an organic substance as a fuel for maintaining and growing the electron-donating microorganism 242 and for continuously operating the microbial electrolysis cell 200, if necessary. May be added. The watering device 220 has the same structure as the watering device 220 of the microbial fuel cell 100 according to the first embodiment, and has a pumping pipe 222, a pump 224, a water pipe 226, a watering device 228, and a control unit 229. It is controlled in the same way.

液体230は、容器210内に収容されており、エネルギー源となる有機物および電子供与微生物242を含む。液体230は、第1の実施形態に係る微生物燃料電池100の液体130と同様のものである。 The liquid 230 is contained in a container 210 and contains an organic substance as an energy source and an electron donating microorganism 242. The liquid 230 is the same as the liquid 130 of the microbial fuel cell 100 according to the first embodiment.

アノード240は、散水器228と容器210の底面との間に、容器210に収容された液体230に接触するように配置される。これにより、アノード240は、散水器228から散水された液体230に接触することができる。本実施の形態では、アノード240は、一部が容器210に収容された液体230の外部に露出し、一部が容器210に収容された液体230中に浸漬される。アノード230の形状、配置位置および素材については、第1の実施形態と同様とし得るので、詳しい説明は省略する。 The anode 240 is arranged between the sprinkler 228 and the bottom surface of the container 210 so as to come into contact with the liquid 230 contained in the container 210. This allows the anode 240 to come into contact with the liquid 230 sprinkled from the sprinkler 228. In the present embodiment, the anode 240 is partially exposed to the outside of the liquid 230 contained in the container 210 and partially immersed in the liquid 230 contained in the container 210. Since the shape, arrangement position, and material of the anode 230 can be the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

カソード250は、液体230に接触するように配置される。本実施の形態では、カソード250は、液体230中に浸漬される。カソード250の素材は、導電性を有し、かつ化学的に安定であれば特に限定されない。また、カソード250の形状は、特に限定されず、水素ガスの回収の容易性などに応じて適宜選択されうる。カソード250の素材の例には、炭素や金属、金属酸化物などが含まれる。カソード250の例には、カーボンクロスやカーボンフェルト、ステンレス鋼メッシュ、プラチナメッシュなどが含まれる。これらは、加熱処理されていてもよい。また、これらの表面に、プラチナや活性炭などの酸素還元触媒を担持させてもよい。加熱処理をなされたか否かは、エネルギー分散型X線分光法(EDS/EDX)により、カソード250の表面における各元素の濃度と、カソード250を切断することで露出させた断面において表面から5μm以上離れた部分(内部)における各元素の濃度とを比較することで、確認することができる。 The cathode 250 is arranged so as to be in contact with the liquid 230. In this embodiment, the cathode 250 is immersed in the liquid 230. The material of the cathode 250 is not particularly limited as long as it has conductivity and is chemically stable. The shape of the cathode 250 is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the ease of recovery of hydrogen gas and the like. Examples of the material of the cathode 250 include carbon, metal, metal oxide and the like. Examples of the cathode 250 include carbon cloth, carbon felt, stainless steel mesh, platinum mesh and the like. These may be heat-treated. Further, an oxygen reduction catalyst such as platinum or activated carbon may be supported on these surfaces. Whether or not heat treatment was performed depends on the concentration of each element on the surface of the cathode 250 by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS / EDX) and 5 μm or more from the surface in the cross section exposed by cutting the cathode 250. It can be confirmed by comparing the concentration of each element in the distant part (inside).

参照電極280は、液体230に接触するように配置される。本実施の形態では、参照電極280は、液体230中に浸漬される。参照電極280の種類は、特に限定されず、適宜選択されうる。参照電極280の例には、銀−塩化銀電極や標準水素電極、カロメル電極などが含まれる。 The reference electrode 280 is arranged so as to be in contact with the liquid 230. In this embodiment, the reference electrode 280 is immersed in the liquid 230. The type of the reference electrode 280 is not particularly limited and may be appropriately selected. Examples of the reference electrode 280 include a silver-silver chloride electrode, a standard hydrogen electrode, a calomel electrode and the like.

ポテンショスタット292は、アノード240、カソード250および参照電極280に電気的に接続されており、アノード(作用極)230の電極電位を−0.4V(vs.Ag/AgCl)(Ag/AgCl:銀−塩化銀電極)以上、好ましくは−0.2〜2.0V(vs.Ag/AgCl)になるように制御する。電極電位を制御する基準として参照電極280を用い、カソード(対極)250に電子を流すことでアノード(作用極)230の電極電位を一定に保つ。この結果、ポテンショスタット292は、アノード(作用極)230とカソード(対極)250との間に電圧を印加することとなり、有機物の分解で生じる電子は、アノード(作用極)230からポテンショスタット292を介して最終的にカソード250に流れ、カソード250の表面で水素ガスが発生する。このように、アノード(作用極)240の電極電位は、カソード250の電極電位よりも常に所定の電位差で低い。 The potentiostat 292 is electrically connected to the anode 240, the cathode 250 and the reference electrode 280, and has an electrode potential of the anode (working electrode) 230 of −0.4 V (vs. Ag / AgCl) (Ag / AgCl: silver). -Silver chloride electrode) The above, preferably -0.2 to 2.0 V (vs. Ag / AgCl) is controlled. A reference electrode 280 is used as a reference for controlling the electrode potential, and the electrode potential of the anode (working electrode) 230 is kept constant by passing electrons through the cathode (counter electrode) 250. As a result, the potentiostat 292 applies a voltage between the anode (working electrode) 230 and the cathode (counter electrode) 250, and the electrons generated by the decomposition of the organic substance transfer the potentiostat 292 from the anode (working electrode) 230. Finally, it flows to the cathode 250, and hydrogen gas is generated on the surface of the cathode 250. As described above, the electrode potential of the anode (working electrode) 240 is always lower than the electrode potential of the cathode 250 by a predetermined potential difference.

水素回収部294は、カソード250の表面で発生した水素ガスを回収する。水素回収部294の構成は、上記目的を達成することができれば特に限定されない。本実施の形態では、水素回収部294は、液体230中においてカソード250の上部に配置された、漏斗形状の部材である。水素回収部294は、水素貯蔵部296に回収した水素ガスを送り込む。なお、微生物電解セル200を水質センサや排水中の有機物および窒素の除去などの目的に用いるが、エネルギーの回収を主な目的とはしないような場合には、微生物電解セル200は水素回収部294を有さなくてもよい。 The hydrogen recovery unit 294 recovers the hydrogen gas generated on the surface of the cathode 250. The configuration of the hydrogen recovery unit 294 is not particularly limited as long as the above object can be achieved. In this embodiment, the hydrogen recovery unit 294 is a funnel-shaped member arranged above the cathode 250 in the liquid 230. The hydrogen recovery unit 294 sends the recovered hydrogen gas to the hydrogen storage unit 296. When the microbial electrolysis cell 200 is used for the purpose of removing organic substances and nitrogen in the water quality sensor and wastewater, but the main purpose is not to recover energy, the microbial electrolysis cell 200 is the hydrogen recovery unit 294. It is not necessary to have.

水素貯蔵部296は、水素回収部294が回収した水素ガスを貯蔵する。水素貯蔵部296の構成は、上記目的を達成することができれば特に限定されない。水素貯蔵部296の例には、ガスホルダーなどが含まれる。 The hydrogen storage unit 296 stores the hydrogen gas recovered by the hydrogen recovery unit 294. The configuration of the hydrogen storage unit 296 is not particularly limited as long as the above object can be achieved. Examples of the hydrogen storage unit 296 include a gas holder and the like.

電流計275は、導線270に設置されて、アノード240とカソード250の間を流れる電流を測定する。 The ammeter 275 is installed on the conductor 270 and measures the current flowing between the anode 240 and the cathode 250.

(微生物電解セルの動作)
次に、本実施の形態に係る微生物電解セル200の動作について説明する。
(Operation of microbial electrolysis cell)
Next, the operation of the microbial electrolysis cell 200 according to the present embodiment will be described.

ポンプ224により、容器210に収容された液体230を揚水して散水器228に供給させて、かつ、ポテンショスタット292により、アノード(作用極)240の電極電位が常に所定の値(例えば−0.2V(vs.Ag/AgCl))となるように、参照電極280を基準として用いてアノード240とカソード250との間に電圧を印加して、微生物電解セル200を稼働させると、アノード240に担持された電子供与微生物242により有機物(例えば酢酸)が二酸化炭素に分解される際に、水素イオンと電子が生成される。有機物の分解により生成された水素イオンは、散布された液体230の流れによって容器210に収容された液体230の内部に移動し、カソード250表面に移動する。一方、有機物の分解により生成された電子は、アノード240で回収されて、外部回路を経由してカソード250に移動する。このような状況において、カソード250表面では、水素イオンおよび電子が反応することで、水素ガスが生成される。したがって、容器210内に有機物を供給することで、上記サイクルを維持して、水素ガスを連続して生成することができる。 The pump 224 pumps the liquid 230 contained in the container 210 and supplies it to the sprinkler 228, and the potentiostat 292 keeps the electrode potential of the anode (working electrode) 240 at a predetermined value (for example, −0. When a voltage is applied between the anode 240 and the cathode 250 using the reference electrode 280 as a reference so as to be 2V (vs. Ag / AgCl)) and the microbial electrolysis cell 200 is operated, it is carried on the anode 240. When an organic substance (for example, acetic acid) is decomposed into carbon dioxide by the electron donating microorganism 242, hydrogen ions and electrons are generated. The hydrogen ions generated by the decomposition of the organic matter move to the inside of the liquid 230 contained in the container 210 by the flow of the sprayed liquid 230, and move to the surface of the cathode 250. On the other hand, the electrons generated by the decomposition of the organic substance are collected at the anode 240 and move to the cathode 250 via an external circuit. In such a situation, hydrogen gas is generated by the reaction of hydrogen ions and electrons on the surface of the cathode 250. Therefore, by supplying the organic substance into the container 210, the above cycle can be maintained and hydrogen gas can be continuously generated.

(効果)
以上のように、本実施の形態に係る微生物電解セル200は、散水装置220によって液体を散水することにより、アノード240のうち液体230から露出した部位を好気状態となり、有機物の分解除去およびアンモニアから硝酸または亜硝酸への反応を進行させることができる。一方で、アノード240のうち液体230に接触する部位、アノード240に付着した電子供与微生物222が形成するバイオフィルムの内部、および容器210に収容された液体230の内部では、嫌気状態による、微生物を触媒とした電極上の反応および硝酸または亜硝酸からガス体の窒素への反応も進行させることができる。このようにして、本実施形態に係る微生物電解セル200は、間欠的な曝気を行うことなく、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去を同時に、かつ連続的に、行うことができる。そのため、本実施形態に係る微生物電解セル200は、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去のすべてを連続的に行うことができ、これらの処理速度を高めることが容易である。
(effect)
As described above, in the microbial electrolytic cell 200 according to the present embodiment, by watering the liquid with the watering apparatus 220, the portion of the anode 240 exposed from the liquid 230 becomes an aerobic state, and the decomposition and removal of organic substances and ammonia are achieved. Can proceed with the reaction to nitric acid or nitrite. On the other hand, in the portion of the anode 240 that comes into contact with the liquid 230, the inside of the biofilm formed by the electron donating microorganism 222 adhering to the anode 240, and the inside of the liquid 230 contained in the container 210, microorganisms due to an anaerobic state are introduced. The reaction on the electrode as a catalyst and the reaction of nitric acid or nitrite to nitrogen of the gas body can also proceed. In this way, the microbial electrolytic cell 200 according to the present embodiment can simultaneously and continuously produce electric current, remove organic substances, and remove nitrogen without performing intermittent aeration. Therefore, the microbial electrolytic cell 200 according to the present embodiment can continuously produce electric current, remove organic substances, and remove nitrogen, and it is easy to increase the processing speed of these.

また、本実施形態に係る微生物電解セル200も、第1の実施形態に係る微生物燃料電池100と同様に、液体230が適度に撹拌されて有機物および窒素などの濃度が適度に均一化されることによる、電流の生産、有機物の除去、および窒素の除去の効率の向上、散水により低電力で好気状態を形成できることによる消費電力の増大の抑制、嫌気処理を利用することによる余剰汚泥の発生量の低減、導線270を流れる電流を電流計275で測定することにより液体230中の有機物量を推測する水質センサとしての利用、などの特性を有する。 Further, in the microbial electrolysis cell 200 according to the present embodiment, similarly to the microbial fuel cell 100 according to the first embodiment, the liquid 230 is appropriately agitated to appropriately equalize the concentrations of organic substances and nitrogen. Increases the efficiency of electric current production, organic matter removal, and nitrogen removal, suppresses the increase in power consumption due to the ability to form an aerobic state with low power by watering, and the amount of excess sludge generated by using anaerobic treatment. It has characteristics such as reduction of the electric power, use as a water quality sensor for estimating the amount of organic substances in the liquid 230 by measuring the current flowing through the lead wire 270 with a current meter 275, and the like.

また、本実施形態に係る微生物電解セル200も、アノード240、カソード250、参照電極280、ポテンショスタット292、水素回収部294および水素貯蔵部296を、従来の散水ろ床法に用いる装置に設置するだけでよい。したがって、本実施形態に係る微生物電解セル200を既存の施設に導入することも容易である。 Further, in the microbial electrolysis cell 200 according to the present embodiment, the anode 240, the cathode 250, the reference electrode 280, the potentiostat 292, the hydrogen recovery unit 294 and the hydrogen storage unit 296 are installed in the apparatus used in the conventional watering filter method. Just need it. Therefore, it is easy to introduce the microbial electrolysis cell 200 according to the present embodiment into an existing facility.

なお、本実施の形態では、アノード240とカソード250との間に電圧を印加する電圧印加部としてポテンショスタット292を有する微生物電解セル200について説明したが、電圧印加部としてポテンショスタット292の代わりに電源298を配置してもよい(図3参照)。この場合は、電源298は、アノード240およびカソード250に電気的に接続され、アノード240からカソード250に電子が流れるように、アノード240とカソード250との間に電圧を印加する。参照電極280は、不要である。 In the present embodiment, the microbial electrolysis cell 200 having the potentiometer 292 as the voltage applying portion for applying the voltage between the anode 240 and the cathode 250 has been described, but the power supply is used instead of the potentiometer 292 as the voltage applying portion. 298 may be arranged (see FIG. 3). In this case, the power supply 298 is electrically connected to the anode 240 and the cathode 250, and applies a voltage between the anode 240 and the cathode 250 so that electrons flow from the anode 240 to the cathode 250. The reference electrode 280 is unnecessary.

電源298は、アノード240およびカソード250に電気的に接続されており、アノード240の電位がカソード250の電位よりも低くなるように、アノード240とカソード250との間に電圧を印加する。有機物として酢酸を含むpH7、25℃の液体230を使用した場合、アノード240の電極電位は、−0.300V(vs.NHE)(NHE:normal hydrogen electrode、標準水素電極)であり、水素イオンに電子を渡すカソード250の電極電位は、−0.414V(vs.NHE)である。したがって、理論上は、0.114V以上の電圧をアノード240とカソード250との間に印加することで、電子をアノード240から外部回路を介して最終的にカソード250に伝達させ、カソード250の表面で水素を発生させることとなる。実際には、過電圧や反応速度などを考慮して、0.13V以上の電圧をアノード240とカソード250との間に印加することが好ましく、0.4〜5.0Vの電圧をアノード240とカソード250との間に印加することがより好ましい。水素の生産を重視して運転する場合は、投入エネルギーの少ない0.4〜0.8V程度の小さな電圧を印加することが好ましい。水素の生産よりも有機物の分解や有機物の濃度の検出を重視して運転する場合は、1.0V以上の電圧を印加することが好ましい。 The power supply 298 is electrically connected to the anode 240 and the cathode 250, and a voltage is applied between the anode 240 and the cathode 250 so that the potential of the anode 240 is lower than the potential of the cathode 250. When a liquid 230 having a pH of 7 and 25 ° C. containing acetic acid is used as an organic substance, the electrode potential of the anode 240 is -0.3300 V (vs. NHE) (NHE: normal hydrogen electrode, standard hydrogen electrode), and it becomes a hydrogen ion. The electrode potential of the cathode 250 that passes electrons is -0.414V (vs. NHE). Therefore, theoretically, by applying a voltage of 0.114 V or more between the anode 240 and the cathode 250, electrons are finally transmitted from the anode 240 to the cathode 250 via an external circuit, and the surface of the cathode 250 is Will generate hydrogen. Actually, in consideration of overvoltage and reaction speed, it is preferable to apply a voltage of 0.13 V or more between the anode 240 and the cathode 250, and a voltage of 0.4 to 5.0 V is applied between the anode 240 and the cathode. It is more preferable to apply it between 250 and 250. When operating with an emphasis on hydrogen production, it is preferable to apply a small voltage of about 0.4 to 0.8 V, which has a small input energy. When operating with an emphasis on the decomposition of organic matter and the detection of the concentration of organic matter rather than the production of hydrogen, it is preferable to apply a voltage of 1.0 V or more.

電圧印加部として電源298を有する微生物電界セルにおけるその他の構成は、電圧印加部としてポテンショスタット292を有する微生物電界セルと同様とし得る。 Other configurations in the microbial electric field cell having the power supply 298 as the voltage applying portion may be similar to the microbial electric field cell having the potentiostat 292 as the voltage applying portion.

以下、実施例を参照して本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

1.微生物電解セルの作製
以下の表に示される組成の培地と、電子供与微生物の供給源としての活性汚泥とを5:1の割合で混合して、人工廃水を調整した。この人工廃水には、他の微生物燃料電池の負極上で培養されたバイオフィルムを混合して種菌として接種した。得られた人工廃水2.0Lを、容量3.0Lの容器に導入した。
1. 1. Preparation of Microbial Electrolyzed Cell Artificial wastewater was prepared by mixing a medium having the composition shown in the table below and activated sludge as a source of electron-donating microorganisms at a ratio of 5: 1. This artificial wastewater was inoculated as an inoculum by mixing a biofilm cultured on the negative electrode of another microbial fuel cell. 2.0 L of the obtained artificial wastewater was introduced into a container having a capacity of 3.0 L.

Figure 0006963806
Figure 0006963806

容器内の人工廃水中に、アノード(作用極、負極)としての長さ40cmの炭素繊維を束ねてなる電極、カソード(対極、正極)としてのプラチナ電極、参照電極としての銀−塩化銀電極を浸漬させた。なお、これらの電極はポテンショスタットに接続されている。アノードは、20cmが液面から持ち上がるよう配置し、残りの20cmは人工廃水の表面に浮遊させた。アノードの直上には散水器を設置した。容器内の人口廃水をポンプで揚水して散水器に供給し、容器の底面に向けて散布して、散布された人口廃水をアノードに接触させるようにした。カソードの直上には、カソードで発生した水素を集めて貯蔵するガスホルダーを設置した。 In the artificial waste water in the container, an electrode made by bundling carbon fibers with a length of 40 cm as an anode (working electrode, negative electrode), a platinum electrode as a cathode (counting electrode, positive electrode), and a silver-silver chloride electrode as a reference electrode are placed. Soaked. These electrodes are connected to the potentiostat. The anode was arranged so that 20 cm was lifted from the liquid surface, and the remaining 20 cm was suspended on the surface of artificial wastewater. A watering nozzle was installed directly above the anode. The artificial wastewater in the container was pumped up and supplied to the sprinkler, and sprayed toward the bottom of the container so that the sprayed artificial wastewater was brought into contact with the anode. Immediately above the cathode, a gas holder was installed to collect and store the hydrogen generated at the cathode.

2.微生物電解セルの評価
室温で、ポンプを稼働させて130mL/minの人口廃水を散水器から散布させながら、アノードの電極電位が銀−塩化銀電極(参照電極)の電位に対して−0.2Vとなるようにアノードおよびカソードに電圧を印加して、作製した微生物電解セルを稼働させた。15分ごとに電力を測定した。また、稼働開始直後、ならびに稼働開始から38時間後および164時間後に、人工廃水の全窒素(TN)の濃度を測定した。また、また、稼働開始直後、ならびに稼働開始から12時間後、24時間後、38時間後、70時間後および158時間後に、人工廃水の化学的酸素要求量(COD)を測定した。CODは、それぞれの時間について3回測定し、その平均値を各時間におけるCODとして用いた。また、稼働開始時のCODと24時間経過時のCODとの差(消費COD)を消費するために必要なクーロン量に対する、稼働開始から24時間後までに導線を流れた総電流量(クーロン量)の割合を算出して、稼働開始から24時間で人工廃水から除去された有機物に対する電子供与微生物の活動により除去された有機物の割合(クーロン効率)を算出した。
2. Evaluation of microbial electrolysis cell At room temperature, while operating a pump to spray 130 mL / min of artificial wastewater from a sprinkler, the electrode potential of the anode is -0.2 V with respect to the potential of the silver-silver chloride electrode (reference electrode). A voltage was applied to the anode and the cathode so as to operate the prepared microbial electrolytic cell. Power was measured every 15 minutes. In addition, the concentration of total nitrogen (TN) in the artificial wastewater was measured immediately after the start of operation and 38 hours and 164 hours after the start of operation. In addition, the chemical oxygen demand (COD) of artificial wastewater was measured immediately after the start of operation, and 12 hours, 24 hours, 38 hours, 70 hours, and 158 hours after the start of operation. The COD was measured 3 times for each time, and the average value was used as the COD at each time. In addition, the total amount of current flowing through the lead wire (coulomb amount) within 24 hours after the start of operation with respect to the amount of coulomb required to consume the difference between the COD at the start of operation and the COD after 24 hours (COD consumption). ) Was calculated, and the ratio of the organic matter removed by the activity of the electron donating microorganism to the organic matter removed from the artificial wastewater within 24 hours from the start of operation (Coulomb efficiency) was calculated.

図4は、本実験に用いた微生物電解セルにおける電流の経時的変化を示すグラフである。このグラフから、本実験に用いた微生物電解セルでは、試験開始直後から電流が生産され、19時間後に最大電流である45mAが得られ、その後は低下して30時間後には約0mAになったことがわかる。 FIG. 4 is a graph showing changes over time in the current in the microbial electrolysis cell used in this experiment. From this graph, in the microbial electrolysis cell used in this experiment, a current was produced immediately after the start of the test, and the maximum current of 45 mA was obtained 19 hours later, and then decreased to about 0 mA 30 hours later. I understand.

図5は、本実験に用いた微生物電解セルにおけるCODの経時的変化を示すグラフである。このグラフから、本実験に用いた微生物電解セルでは、CODが試験開始直後の約740mg/Lから24時間後には約150mg/Lに低下したことがわかり、微生物電解セルの稼働によりCODが1日あたり約620mg/L低下したことがわかる。通常、廃水処理では、CODを1日あたり500mg/L以上低下させることが要求される。そのため、このグラフから、本実験に用いた微生物電解セルでは、廃水処理に好適に使用可能であることがわかる。 FIG. 5 is a graph showing changes over time in COD in the microbial electrolysis cell used in this experiment. From this graph, it was found that in the microbial electrolysis cell used in this experiment, the COD decreased from about 740 mg / L immediately after the start of the test to about 150 mg / L 24 hours later, and the COD decreased by the operation of the microbial electrolysis cell for one day. It can be seen that the amount decreased by about 620 mg / L. Generally, wastewater treatment is required to reduce COD by 500 mg / L or more per day. Therefore, from this graph, it can be seen that the microbial electrolytic cell used in this experiment can be suitably used for wastewater treatment.

また、図4と図5との比較から、CODが約200mg/L以下に低下すると電流も低下していることがわかり、この微生物電界セルは、電流を測定することでCODのリアルタイムセンサーとして機能できることもわかる。 Further, from the comparison between FIGS. 4 and 5, it was found that when the COD decreased to about 200 mg / L or less, the current also decreased, and this microbial electric field cell functions as a real-time sensor of COD by measuring the current. You can also see what you can do.

図6は、本実験に用いた微生物電解セルにおけるTNの濃度の経時的変化を示すグラフである。このグラフから、本実験に用いた微生物電解セルでは、TNの濃度が試験開始直後の101mg/Lから38時間後には53mg/Lに低下し、164時間後には30mg/Lにまで低下したことがわかり、微生物電解セルの稼働により人工廃水中の窒素を除去できたことがわかる。 FIG. 6 is a graph showing the time course of the TN concentration in the microbial electrolysis cell used in this experiment. From this graph, in the microbial electrolysis cell used in this experiment, the TN concentration decreased from 101 mg / L immediately after the start of the test to 53 mg / L 38 hours later, and to 30 mg / L after 164 hours. It can be seen that the operation of the microbial electrolysis cell was able to remove nitrogen in the artificial wastewater.

図4に示されるグラフおよび図5に示されるグラフの作成に用いたデータから計算した、24時間の稼働時のクーロン効率は、約12.0%だった。電子供与微生物による作用を伴わない通常の散水ろ床法では、この約13.9%分の有機物除去がなされず、本実験における有機物除去に対して88.0%(100%−12.0%)の割合でしか、有機物が除去されないと考えられる。そのため、本実験に用いた微生物電解セルにおける有機物の除去効率は、通常の散水ろ床法よりも約14%(100/88.0)向上していると考えられる。なお、特許文献1に記載の微生物電解セルにおけるクーロン効率は約0.1%であるので、本実験に用いた微生物電解セルにおけるクーロン効率顕著に高いこともわかる。 The Coulomb efficiency during 24-hour operation, calculated from the data used to create the graph shown in FIG. 4 and the graph shown in FIG. 5, was about 12.0%. The normal watering filter method without the action of electron-donating microorganisms does not remove about 13.9% of the organic matter, and 88.0% (100% -12.0%) of the removal of organic matter in this experiment. ), It is considered that organic matter is removed only at the rate of). Therefore, it is considered that the efficiency of removing organic matter in the microbial electrolytic cell used in this experiment is improved by about 14% (100 / 88.0) as compared with the usual sprinkling filter method. Since the Coulomb efficiency in the microbial electrolytic cell described in Patent Document 1 is about 0.1%, it can be seen that the Coulomb efficiency in the microbial electrolytic cell used in this experiment is remarkably high.

また、24時間の稼働により、約2.7Lの水素ガスが回収された。このことから、本実験に用いた微生物電解セルは、発生したエネルギーを水素として回収できることがわかる。 In addition, about 2.7 L of hydrogen gas was recovered by operating for 24 hours. From this, it can be seen that the microbial electrolysis cell used in this experiment can recover the generated energy as hydrogen.

本発明に係る微生物燃料電池は、発電能力を維持しつつ有機物の分解能力が高いため、例えば畜舎における廃水処理や都市部における下水の浄化処理などにおいて有用である。 The microbial fuel cell according to the present invention has a high ability to decompose organic substances while maintaining a power generation capacity, and is therefore useful in, for example, wastewater treatment in livestock barns and sewage purification treatment in urban areas.

100 微生物燃料電池
110、210 容器
115、215 撹拌器
120、220 散水装置
122、222 揚水管
124、224 ポンプ
126、226 導水管
128、228 散水器
129、229 制御部
130、230 液体
140、240 アノード
142、242 電子供与微生物
150 膜電極接合体(MEA)
152 隔膜
154、250 カソード
156 浮き
170、270 導線
175、275 電流計
200 微生物電解セル
280 参照電極
292 ポテンショスタット
294 水素回収部
296 水素貯蔵部
298 電源
100 Microbial fuel cell 110, 210 Container 115, 215 Stirrer 120, 220 Watering device 122, 222 Pumping pipe 124, 224 Pump 126, 226 Watering pipe 128, 228 Watering nozzle 129, 229 Control unit 130, 230 Liquid 140, 240 Anode 142, 242 Electron donating microorganisms 150 Membrane electrode assembly (MEA)
152 Diaphragm 154, 250 Cathode 156 Floating 170, 270 Conductor 175, 275 Ammeter 200 Microelectrolytic cell 280 Reference electrode 292 Potential stat 294 Hydrogen recovery 296 Hydrogen storage 298 Power supply

Claims (8)

容器と、
有機物を含有する液体を前記容器に散布する散水装置と、
前記容器に収容された、電解質を含有する液体と、
前記散水装置から散布された液体に接触する位置に、前記容器に収容された液体と接触して配置された、表面に電子供与微生物を担持したアノードと、
前記容器に収容された液体に接触するように、またはカチオン透過性の隔膜を挟んで前記容器に収容された液体と隣接するように配置されたカソードと、
を有
前記アノードのうち外気に露出した部位は好気状態であり、前記アノードのうち前記散水装置から散布された液体に接触している部位、前記アノードに担持されている電子供与微生物が形成するバイオフィルムに覆われている部位、および前記容器に収容された液体に接触している部位は嫌気状態である、
生物電気化学システム。
With the container
A watering device that sprays a liquid containing organic matter into the container,
The electrolyte-containing liquid contained in the container and
An anode carrying an electron-donating microorganism on the surface, which is arranged in contact with the liquid contained in the container at a position in contact with the liquid sprayed from the watering apparatus.
A cathode placed in contact with the liquid contained in the container or adjacent to the liquid contained in the container with a cation-permeable diaphragm in between.
Have a,
The part of the anode exposed to the outside air is in an aerobic state, the part of the anode in contact with the liquid sprayed from the watering device, and the biofilm formed by the electron-donating microorganisms carried on the anode. The part covered with the water and the part in contact with the liquid contained in the container are anaerobic.
Bioelectrochemical system.
前記散水装置は、前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流に応じて散水およびその停止、または散水量を調整する、請求項1に記載の生物電気化学システム。 The bioelectrochemical system according to claim 1, wherein the watering apparatus adjusts watering and stopping, or the amount of watering according to an electric current flowing between the anode and the cathode. 前記容器に収容された液体は、有機物をさらに含有し、
前記散水装置は、前記容器に収容された液体を散布する、請求項1または2に記載の生物電気化学システム。
The liquid contained in the container further contains an organic substance and contains an organic substance.
The bioelectrochemical system according to claim 1 or 2, wherein the watering device sprays a liquid contained in the container.
前記アノードの形状は、ブラシ状、繊維状、メッシュ状もしくは折り畳んだメッシュ状、またはこれらの形状の組み合わせである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。 The bioelectrochemical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of the anode is a brush shape, a fibrous shape, a mesh shape or a folded mesh shape, or a combination of these shapes. 前記生物電気化学システムは、微生物燃料電池である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。 The bioelectrochemical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the bioelectrochemical system is a microbial fuel cell. 前記散水装置は、前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流により駆動する、請求項5に記載の生物電気化学システム。 The bioelectrochemical system according to claim 5, wherein the watering apparatus is driven by an electric current flowing between the anode and the cathode. 前記アノードから前記カソードに電子が流れるように、前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印加する電圧印加部をさらに有し、
前記生物電気化学システムは、微生物電解セルである、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
Further, a voltage application unit for applying a voltage between the anode and the cathode is provided so that electrons flow from the anode to the cathode.
The bioelectrochemical system is a microbial electrolytic cell,
The bioelectrochemical system according to any one of claims 1 to 4.
前記アノードと前記カソードとの間を流れる電流を測定する電流計をさらに有し、
前記生物電気化学システムは、水質センサである、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の生物電気化学システム。
It further comprises an ammeter that measures the current flowing between the anode and the cathode.
The bioelectrochemical system is a water quality sensor.
The bioelectrochemical system according to any one of claims 1 to 7.
JP2017244165A 2017-12-20 2017-12-20 Bioelectrochemical system Expired - Fee Related JP6963806B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017244165A JP6963806B2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Bioelectrochemical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017244165A JP6963806B2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Bioelectrochemical system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019110101A JP2019110101A (en) 2019-07-04
JP6963806B2 true JP6963806B2 (en) 2021-11-10

Family

ID=67180023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017244165A Expired - Fee Related JP6963806B2 (en) 2017-12-20 2017-12-20 Bioelectrochemical system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6963806B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113504279A (en) * 2021-06-11 2021-10-15 浙江大学 Multifunctional bioelectrochemical pollutant detection device
US20250014777A1 (en) * 2021-07-19 2025-01-09 Bex Co., Ltd. Electrode and electrode kit
CN119464021B (en) * 2024-11-22 2025-07-01 华北电力大学(保定) A pulsating anaerobic microbial multiphase fluidized bed hydrogen-electricity cogeneration system and use method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2443070A4 (en) * 2009-06-16 2013-06-19 Cambrian Innovation Inc SYSTEMS AND DEVICES FOR TREATING AND MONITORING WATER, WASTEWATER AND OTHER BIODEGRADABLE MATERIALS
JP6150286B2 (en) * 2013-08-06 2017-06-21 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 Microbial fuel cell and electrode for microbial fuel cell
JP6429632B2 (en) * 2015-01-05 2018-11-28 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 Method for producing electrode for microbial fuel cell
JP6586739B2 (en) * 2015-03-04 2019-10-09 前澤化成工業株式会社 Microbial fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019110101A (en) 2019-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gajda et al. Improved power and long term performance of microbial fuel cell with Fe-NC catalyst in air-breathing cathode
Kokabian et al. Water deionization with renewable energy production in microalgae-microbial desalination process
Zhang et al. Bio-cathode materials evaluation in microbial fuel cells: a comparison of graphite felt, carbon paper and stainless steel mesh materials
Xia et al. Oxygen-reducing biocathodes operating with passive oxygen transfer in microbial fuel cells
US7491453B2 (en) Bio-electrochemically assisted microbial reactor that generates hydrogen gas and methods of generating hydrogen gas
Lim et al. Bioanode as a limiting factor to biocathode performance in microbial electrolysis cells
Deng et al. Power generation using an activated carbon fiber felt cathode in an upflow microbial fuel cell
JP6327718B2 (en) Microbial electrolysis cell
Modin et al. Development and testing of bioelectrochemical reactors converting wastewater organics into hydrogen peroxide
Wu et al. Degradation of chloramphenicol with novel metal foam electrodes in bioelectrochemical systems
JP6376694B2 (en) Microbial fuel cell
JP5871376B2 (en) Microbial fuel cell
CN104817142A (en) Electrochemical method and device for removing nitrate in wastewater
CN103811791A (en) Bioelectrochemistry device and bioelectrochemistry method for extracting reducing energy from waste and wastewater
JP6963806B2 (en) Bioelectrochemical system
Sara et al. Fluidized bed cathodes as suitable electron donors for bacteria to remove nitrogen and produce biohydrogen
Cho et al. Effects of electric voltage and sodium chloride level on electrolysis of swine wastewater
CN102249397A (en) Bio-electrochemical enhanced waste water treatment device
CN105084554A (en) Method and device for removing microcystic toxins in water
JP5829956B2 (en) Method and system for controlling microbial reaction in bottom soil
Hu et al. Fe3C-modified porous carbon as anode electrocatalyst for improving extracellular electron transfer and removing Cr (VI) in microbial fuel cells
CN112250163A (en) Heterotopic electron compensation hydrogen autotrophic denitrification device
JP2006179223A (en) Power generation method and apparatus using organic substance
Santoro et al. Microbial fuel cells, concept, and applications
Noori et al. Sediment microbial fuel cell and constructed wetland assisted with it: Challenges and future prospects

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20180105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180109

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20190828

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190829

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210623

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211005

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211011

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6963806

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees