JP2011065820A - 微生物発電方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】槽体30内に2枚の板状の区隔材31,31が互いに平行に配置されることにより、該区隔材31,31同士の間に負極室32が形成され、該負極室32とそれぞれ該区隔材31を隔てて2個の正極室33,33が形成されている。正極室33の散気管51に酸素含有ガスを供給して正極溶液を曝気し、負極室に負極溶液Lを供給し、好ましくは負極溶液を循環させる。負極室32内通液量を間欠的に増加させる。負極室32への通液量を増加させると、負極室32内の微生物担体に固着した微生物群の剥離、分散、一部流出が起こり、負極室32内の微生物量が低減してプロトン移動の促進、隔膜の抵抗低下、液の均一分散が達成され、この結果、発電量の低下が防止される。
【選択図】図2
Description
1)負極のメディエーター(例えば特許文献3)
2)負極室のpH調整
3)正極触媒の種類や触媒活性成分の担持方法
4)正極の形状
などについての検討がなされている。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
即ち、負極室内の微生物担体に微生物が多量に付着増殖すると、以下の現象が起こる。
1.微生物層が厚くなることによるプロトンの移動速度低下
2.隔膜に微生物が付着することによる隔膜の抵抗増加
3.過剰な微生物が増殖することによる水路の形成による液の不均一分散
これらは、いずれも発電量の低下を招く原因であると判断される。
(有機物)+H2O→CO2+H++e−
なる反応が進行する。この電子e−が負極6、端子22、外部抵抗21、端子20を経て正極5へ流れる。
O2+4H++4e−→2H2O
なる反応が進行する。このような反応により、正極5と負極6との間に起電力が生じ、端子20,22を介して外部抵抗21に電流が流れる。
また、負極室内通液量を増加させる時間は、増加負極通液量や通液量を増加させる頻度によっても異なり、1日に1回の頻度で増加させる場合は、1分〜5時間程度、好ましくは10分〜2時間程度とし、微生物発電装置の連続運転期間中の、増加負極通液量で運転する期間(以下、増加負極通液量で運転することを「増加流量運転」と称し、その期間を「増加流量運転期間」と称す。)と、通常負極通液量で運転する期間(以下、通常負極通液量で運転することを「通常流量運転」と称し、その期間を「通常流量運転期間」と称す。)との比、即ち、増加流量運転期間:通常流量運転期間が1:12〜240程度となるようにすることが好ましい。
また、正極溶液は、電子受容体として、フェリシアン化カリウム、硫酸マンガン、塩化マンガン、塩化第二鉄、硫酸第二鉄等の酸化還元試薬を含んでいても良い。この場合、正極溶液中の酸化還元試薬濃度としては、10〜2,000mM程度が好ましい。
第2図に示す微生物発電装置を作製した。この発電装置の槽体30の全体の容積は700mL、負極室32の容積は350mL、各正極室33の容積は175mLである。各正極室33には上部に空気流出口を設け、下部に散気管51を設けた。
正極室33には、電子受容体として50mMのフェリシアン化カリウムとリン酸バッファとを含む正極溶液(pH7.0)を70mL/minの流入量となるように供給した。
一方、負極室32には、1,000mg/Lの濃度の酢酸と、50mMの濃度のリン酸バッファ、及び塩化アンモニウム50mg/Lを含む負極溶液を1mL/minの流入量で供給し、同量の廃液を排出させた。
pH計47の検出pHが約7.0となるように2Nの水酸化ナトリウムを循環液に添加した。外部抵抗は2.0Ωとした。負極引出線、正極引出線、及び導通線にはステンレス製針金を用いた。
しかし、継続して運転した結果、徐々に発電量が低下し、運転開始から45日後には、220W/m3−負極まで低下、60日後には140W/m3−負極に、90日後には110W/m3−負極に低下した。
比較例1におけると同一装置、同一条件で発電を行った。その結果、当初の発電量は比較例1と同様、1週間で300W/m3−負極に達した。そこで、一日に一回の頻度で、循環液量を増加させることにより、負極室内通液量を70mL/minから700mL/minに増加させる増加流量運転を10分間行った。なお、この10分間の増加流量運転中、初期の5秒で循環液量を69mL/minから699mL/minに増加させ、その後9分50秒間循環液量を640mL/minで維持した後、5秒間で699mL/minから69mL/minに戻した。
このようにして通常流量運転と増加流量運転とを繰り返したところ、発電量は3ヶ月間、290〜350W/m3−負極で安定した。
実施例1に引き続いて、負極室内通液量が70mL/min(通常流量運転)から210mL/min(増加流量運転)となるように、1日に1回の頻度で(ただし、土日は除く)、2時間の増加流量運転を行った。その結果、その後1ヶ月間発電量は、280〜330W/m3−負極で安定していた。
なお、この2時間の増加流量運転中、初期の5分で循環液量を69mL/minから209mL/minに増加させ、その後1時間50分循環液量を150mL/minで維持した後、5分間で150mL/minから50mL/minに戻した。
実施例2に引き続き、1日に1回、負極室内通液量70mL/minの通常流量運転1分間と、負極室内通液量350mL/minの増加流量運転1分間とを交互に10回繰り返す運転を行った。その結果、発電量は、その後2ヶ月間以上、300〜350W/m3−負極で安定していた。
なお、この増加流量運転は、循環液量69mL/minから5秒で349mL/minに増加させて55秒349mL/minを維持した後、瞬時に69mL/minに戻すものである。
2,31 区隔材
3,33 正極室
4,32 負極室
5,35 正極
6,34 負極
7,51 散気管
Claims (14)
- 負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、
該負極室に対しプロトン透過体を介して隔てられた、正極を有する正極室と
を備えた微生物発電装置の該正極室に酸素含有ガスを供給すると共に、該負極室に有機物含有水を通液して発電を行う微生物発電方法において、
該負極室内の通液量を間欠的に増加させることを特徴とする微生物発電方法。 - 請求項1において、該負極室からの流出液の一部を循環液として該負極室に通液する方法であって、該循環液量を間欠的に増加させることによって、該負極室内の通液量を増加させることを特徴とする微生物発電方法。
- 請求項1又は2において、該正極室が正極溶液を保持することを特徴とする微生物発電方法。
- 請求項3において、該正極溶液が酸化還元試薬を含むことを特徴とする微生物発電方法。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、該負極室内の通液量を間欠的に通常運転時の1.5〜20倍に増加させることを特徴とする微生物発電方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、該負極室内の通液量を1〜3日に1〜2回の頻度で増加させることを特徴とする微生物発電方法。
- 請求項6において、該負極室の通液量を1日に1回の頻度で1分〜5時間増加させることを特徴とする微生物発電方法。
- 負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、
該負極室に対しプロトン透過体を介して隔てられた、正極を有する正極室と、
該正極室に酸素含有ガスを供給する手段と、
該負極室に有機物含有水を通液する手段と
を備えた微生物発電装置において、
該負極室内の通液量を間欠的に増加させる流量調整手段を有することを特徴とする微生物発電装置。 - 請求項8において、該負極室からの流出液の一部を循環液として該負極室に通液する循環手段を有し、該流量調整手段は、該循環手段の循環液量を間欠的に増加させる手段であることを特徴とする微生物発電装置。
- 請求項8又は9において、該正極室が正極溶液を保持することを特徴とする微生物発電装置。
- 請求項10において、該正極溶液が酸化還元試薬を含むことを特徴とする微生物発電装置。
- 請求項8ないし11のいずれか1項において、該負極室内の通液量を間欠的に通常運転時の1.5〜20倍に増加させることを特徴とする微生物発電装置。
- 請求項8ないし12のいずれか1項において、該負極室内の通液量を1〜3日に1〜2回の頻度で増加させることを特徴とする微生物発電装置。
- 請求項13において、該負極室の通液量を1日に1回の頻度で1分〜5時間増加させることを特徴とする微生物発電装置。
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