JP2015038231A - 空気電池式反応装置及び反応方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リン酸イオン、アンモニウムイオン及びマグネシウムイオンを含有する有機性廃水の処理において省エネで電気化学反応が効率よく持続し、経済的な空気電池式反応装置及び反応方法を提供する。
【解決手段】マグネシウム金属又はマグネシウム合金の電気化学的に卑電位の金属をアノード１１とし、前記アノードよりも貴電位の金属、炭素質材または前記貴電位の金属及び炭素質材に触媒を担持したエアーカソード１２とした電極対を電極接続導電手段１４と、溶存酸素供給手段と、アンモニウムイオン及びリン酸イオン含有の電解液５とで空気電池を構成することで、効率よく継続してリン酸マグネシウムアンモニウム（MAP）１７又は水酸化マグネシウムを製造する空気電池式電気化学反応手段とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウム金属又はマグネシウム合金をアノードとし、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属又は多孔質炭素剤をカソードとし、リン酸イオン、マグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン含有の各種有機性廃水又は塩化ントリウム水溶液を電解質とした空気電池式反応装置および空気電池式反応方法に関する。

従来、リン酸イオン、マグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン濃度の高い有機性廃水を、肥料として有用なリン酸マグネシウムアンモニウム（以降、MAPと記載する）を回収する一つの手段として、pH調整剤として水酸化ナトリウム等を添加すると共に不足マグネシウム源として塩化マグネシウム等を添加している（例えば、特許文献１。）。
また、MAPとして除去・回収処理する一つの手段として、処理対象汚水を曝気することによりpH調整している。（例えば、特許文献２。）。また、マグネシウム金属またはマグネシウム合金をアノードとし、マグネシウムよりも電気化学的に貴電位の金属等をカソードとした電極対と、リン酸イオン、マグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン含有の有機性廃水を電解質とした空気電池式廃水処理装置としている（例えば、特許文献３。）。そしてまた、マグネシウム金属またはマグネシウム合金をアノードとし、マグネシウムよりも電気化学的に貴電位の金属等をカソードとした電極対と、ｐＨ５以上の電解水とで空気電池を構成して、水酸化金属を製造している（例えば特許文献４。）。

しかし、カソードへ酸素を供給する散気装置等の曝気手段を必要とし、マグネシウム合金製のアノードが溶解して脱離した合金類をＭＡＰおよび水酸化マグネシウム沈殿物とを同一の槽で生成させるので、

特開２００２−４５８８９ 特開２００４−１９５４５３ 特開２０１２−１１３７５ 特開２０１０−１５９４８０

リン酸イオンマグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン含有の有機性廃水を処理して、肥料として有用なＭＡＰとして回収する空気電池式処理方法が開示されているが、酸素供給手段として、散気装置等の曝気手段を必要としていたが、散気装置等のエネルギー多消費型の装置を必要とせず、または、小消費とすることを課題とする。

また、従来の空気電池式反応槽においては、マグネシウム合金アノードが酸化溶解すると、合金粒子が脱落し、カソードにおける酸素の還元反応で水酸イオンが生成すると共にマグネシウムイオンと反応して水酸化マグネシウムの結晶を生成する。また、リン酸イオンマグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン含有の有機性廃水においては、水酸イオンの濃度上昇途と共にｐＨが上昇すると、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶が生成するので、単一槽で生成したこれらの粒子を分離処理する操作が必要であるが、出来るだけ分離操作を簡単にして省エネルギーとすることが課題である。

また、従来のＭＡＰ生成反応装置においては、ｐＨ上昇に多大のエネルギー又は薬品を要していたが、省エネルギーとすることが課題である。

また、電気化学反応を効率よく持続することが課題である。

また、MAP製造単価を低減することを課題とする。

また、同一の槽で、空気電池方式と微生物燃料電池方式で、共に発電とＭＡＰ生成反応を行うことが課題である。

そしてまた、微生物燃料電池による有機物分解処理操作の阻害要因の高濃度アンモニウムを経済的に除去することが課題である。

本発明は、上記目的を達成するため、以下に記載されるような技術構成とする。即ち、第一の発明として、マグネシウム金属またはマグネシウム合金製のアノードと、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを一対の電極を、負荷抵抗を有する電極接続電導手段で電気的に接続し、前記アノードを食塩水又は海水を収容したアノード槽に浸漬し、水を収納したカソード槽の大気に接する側壁の一部として前記多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを配設し、前記水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布してガス透過性を良くしてエアーカソードとし、前記アノード槽とカソードの間に、リン酸イオン、アンモニウムイオンおよびマグネシウムイオン含有の有機性廃水収容し、前記アノード槽との間仕切り壁の一部を陽イオン交換膜とし、前記カソード槽との間仕切り壁の一部を陰イオン交換１膜とした構成の、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽とする。アノードのマグネシウムが酸化溶解すると、電子が前記アノードからカソードへ向かい、酸素を還元し、水と反応して水酸イオンを生成し、該水酸イオンは前記陰イオン交換膜を透過して前記リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽へ向かい、前記リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽のｐＨ値がおおきくなる。前記アノードが酸化溶解して生成し、前記陽イオン交換膜を透過して、前記リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽向かうマグネシウムイオンまたは前記有機性廃水に含有のマグネシウムイオン、リン酸イオンおよびアンモニウムイオンは、ｐＨ値がアルカリ域、好ましくは８．５以上に達するとリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を生成する。

前記多孔質金属または多孔質炭素材製カソードの前記水に接する側に担持する触媒としては、従来の燃料電池技術で使用されている金、白金、ニッケル、銅、鉄、バナジウム、ヘモグロビン等を真空蒸着法、含侵法、無電解メッキ法、高温処理法等を選択する。

又、アンモニウムイオンが不足する場合は様々な従来技術で補充する。

即ち、都市下水又は各種畜産廃水を前記電解質に適用する手段として、前記都市下水または各種畜産廃水には、リン酸イオンおよび尿素を含有しているが、該尿素は尿素分解酵素（ウレアーゼ）を保持する微生物の混入により、分解酵素の作用により、二酸化炭素とアンモニアに分解されるので、リン酸イオンに対するアンモニウムイオンのモル比が１：１以下になる時間数以上の貯留時間を確保する必要がある。アンモニア濃度の上昇に従って、pHも上昇し貯留時間１００時間で９程度に上昇する。

又有機性廃水の最初沈殿汚泥と活性汚泥の最終沈殿余剰汚泥を濃縮手段で濃縮した濃縮汚泥を、主に通性嫌気性菌による生物学的酸醗酵処理により、前記有機性廃水の最初沈殿汚泥と活性汚泥から溶出するリン酸イオンとアンモニウムイオンを高濃度で含有する酸醗酵処理脱離液を混合して生成した混合液を電解液とするか、又は、前記酸醗酵処理脱離液を単独で電解液とすることも出来る。

そして、リン酸イオンが不足する場合は、様々な従来技術で補充する。

即ち、前記濃縮汚泥を酸醗酵処理すると、汚泥中の有機物質が酢酸やプロピオン酸などの有機酸への分解が進むに伴って、リンやアンモニアの溶出が生起する。リンの溶出は、リン化合物が加水分解によるリン酸の放出と、酸性代謝産物である有機酸や硝酸、硫酸によるリン酸カルシウムの可溶化等による。又、アンモニアの溶出は、通性嫌気性菌群によりたんぱく質が分解され、アミノ酸となり、該アミノ酸が脱カルボキシル、脱アミノによる分解の結果、生起する。

又、都市下水、畜舎汚水等において、晶析反応でリン酸アンモニウムマグネシウムを生成するに必要なアンモニウムイオン必要モル数に対してリン酸イオン必要モル数は等量であるが、都市下水、畜舎汚水等におけるリン酸イオン含有量はアンモニウムイオン含有量に対して極めて少ないが、活性汚泥、活性汚泥焼却灰、家畜骨、魚骨、鶏糞、亜リン酸含有めっき廃水等のリン酸イオンを抽出して、都市下水、畜舎汚水等における、晶析反応の不足リン酸イオン源として活用し、廃水処理放流水中の富栄養化物質である窒素を低減すると共に有用肥料であるリン酸アンモニウムマグネシウムの収率を向上する手段とする。そして、有機性廃水のアンモニウムイオン含有量が低減すると、後続工程の好気性処理でアンモニアを亜硝酸および硝酸へ酸化するに要する酸素量が低減する。

又、不足リン酸イオン源として、活性汚泥をリン酸イオン資源剤とするには、該活性汚泥スラッジを加熱して、活性汚泥中のポリリン酸をポリリン酸またはリン酸イオンとして溶出する既往の方法で得られるリン酸イオンを添加剤として利用出来る。

又、活性汚泥焼却灰をリン酸イオン資源剤とするには、該活性汚泥焼却灰のリン酸イオンをクエン酸等の弱酸または硫酸液中に抽出する既往の方法で得られるリン酸イオンを添加剤として利用出来る。

又、家畜骨、魚骨等を炭化処理後粉砕したものを、高温で炭化処理後に微粉砕したものを水中過熱処理又は水酸化ナトリウム溶液で液中に抽出し、固液分離した液を不足リン源とする。

そして又、亜リン酸含有無電解ニッケルめっき廃液中のニッケルイオンを苛性ソーダでpH調整して生成する水酸化ニッケルを分離した残余の分離液中の亜リン酸を、既往の方法であるヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム存在下過酸化水素で酸化処理して生成するリン酸イオンをリン酸イオン源とすることが出来る。

第二の発明手段として、処理対象の有機性廃水含有のアンモニウムイオン濃度がリン酸イオンおよびマグネシウムイオン濃度に対して高い場合には、散気手段等の曝気手段で曝気してアンモニアストリッピングを行いアンモニウムイオン濃度低減手段とする。

第三の発明手段として、第一の発明手段における陰イオン交換膜を削除すると共にカソード槽をリン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽に併合して一体構造とする。

第四の発明手段として、第一の発明手段又は第三の発明手段におけるリン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽の水中に、細胞外電子伝達能を有する微生物を含有するバイオフイルムを形成した多孔質炭素質材アノードを浸漬し、該アノードと電極対の多孔質材カソードを、抵抗負荷を有する電極接続電動手段で電気的に接続する。前記多孔質炭素質材カソードは、プロトン交換膜を仕切り壁の一部とした該仕切り壁で隔てて水を収納したカード槽の前記水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布して前記カソード槽の外壁の一部とした構造で、撥水剤を塗布することによりガス透過性が良くなり、酸素を外気の反対側の水に接する触媒槽へ酸素を供給する。即ち、前記炭素質材カソードはエアーカソードと称する。

第五の発明手段として、第一、第二又は第三の発明手段でアンモニウムイオン濃度が低下して微生物の生育阻害要因であるアンモニウムイオン濃度が低下した有機性廃水を微生物燃料電池又はメタン発酵槽の前処理手段とする。

第六の発明手段として、マグネシウム金属またはマグネシウム合金製のアノードと、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを一対の電極とし、負荷抵抗を有する電極接続電導手段で電気的に接続し、前記アノードを食塩水又は海水を収容したアノード槽に浸漬し、水を収納したカソード槽の大気に接する側壁の一部とした前記多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを配設し、前記水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布してガス透過性を良くしてエアーカソードとし、前記アノード槽とカソード槽との間仕切り壁の一部を陽イオン交換膜として構成すると、アノードのマグネシウムが酸化溶解し、マグネシウムイオンを生成し、該マグネシウムイオンは前記陽イオン交換膜を透過して前記カソード槽のカソードへ向かい、前記アノードからカソードへ向かった電子が酸素を還元し、水と反応して生成する水酸化イオンと反応して水酸化マグネシウムを生成する。

第七の発明手段として、第六の発明手段における負荷抵抗を可変抵抗として、水酸化マグネシウムの粒度を制御する手段とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

本発明における共通の効果として、水酸化マグネシウムは凝集作用があるので、微粒子を凝集して微粒子および色度除去効果がある。

また、中性以上で、水酸化マグネシウム、MAPは溶解度が極めて小さいので、沈殿または濾過等で固液分離が容易である。

また、リン酸イオン、アンモニウムイオン及びマグネシウムイオンが共存する処理対象廃水のPhが7以上のアルカリ側、好ましくはpH8.5付近では結晶化するが、陰イオンのリン酸イオンは電気泳動によりカソードに集まり、カソード付近のリン酸イオン濃度が高まり、カソード電極にMAPの結晶が析出するので、高純度のMAPを簡単に採取することが出来る。

また、水酸化マグネシウムの生成反応は発熱反応であるため、発熱反応エネルギーが大きいほど、電気化学反応速度が大きくなることへ有利に働く効果がある。

即ち、第一の発明において、アノードの食塩水または海水に浸漬したマグネシウム合金製のアノードが酸化溶解して生成したマグネシウムイオンは陽イオン交換膜を透過して、カソード槽の水に浸漬したカソード方向へ向かうが、途中に配設した陰イオン交換膜で阻止され、前記陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とで区画されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽に留まり、アノードからカソードへ、負荷抵抗を有する電極接続電動手段を導通した電子で酸素が還元し、水と反応して生成した水酸化イオンが前記陰イオン交換膜を透過して、前記カソードへ向かうが、前記マグネシウムイオン同様に前記陽イオンで阻止され、前記リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽に留まるので、ｐＨが上昇し、ＭＡＰ結晶が生成する。すると、該リン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、ステンレスメッシュ製の籠に付着して補足される部分と沈殿する部分があるが、前記マグネシウム合金製のアノードが酸化溶解して生成する、合金微粒子とは別槽でそれぞれ生成するので、分離手段を省略する効果がある。

また、エアーカソードとしたことにより、散気装置等の曝気装置を必要としないので、省エネルギー効果がある。

また、ＭＡＰ結晶に合金微粒子が混入しないので、肥料としての価値が低下しない効果がある。

又、有機性廃水の最初沈殿汚泥と活性汚泥の最終沈殿余剰汚泥を濃縮手段で濃縮した濃縮汚泥を、主に通性嫌気性菌による生物学的酸醗酵処理により、前記有機性廃水の最初沈殿汚泥と活性汚泥から溶出するリン酸イオンとアンモニウムイオンの濃度比は、都市下水又は各種畜産廃水のリン酸イオンとアンモニウムイオンの濃度比よりも大きいだけでなく、リン酸イオン濃度も大きいので、生成MAP量が多くなり、空気電池式リン酸マグネシウムアンモニウム製造装置以降の難分解性窒素化合物を低減出来るので、生物学的処理時間が短くなると共に処理水質が向上する。

第二の発明において、散気手段等の曝気手段で曝気撹拌するアンモニアストリッピング法により。アンモニアガスとして、大気に放出出来るので、アンモニアイオン濃度を低減出来るので、次処理工程に対する処理負荷低減効果がある。

また、撹拌混合することにより、反応イオン相互の会合機会が増加し、ＭＡＰ結晶が生成しやすくなる効果がある。

第三の発明において、第一の発明における陰イオン交換膜を削除した構造とすることにより、エアーカソードが汚染されて、電気化学反応が低下する傾向が生じるが、高価な陰イオン交換膜の省略と、全体の装置構造を簡略化する効果がある。

第四の発明において、第一および第三の発明におけるＭＡＰ結晶生成槽に細胞外電子伝達能を有する微生物を含有するバイオフイルムを形成した多孔質炭素質材アノードを浸漬し、該アノードと電極対の多孔質材エアーカソードを、プロトン交換膜を隔てた微生物燃料電池用のエアーカソード槽の水側に触媒担持面を、大気に接する側に撥水剤を塗布して配設すると共に抵抗負荷を有する電極接続電動手段で電気的に接続して構成する燃料電池を配設することにより、前記ＭＡＰ結晶生成槽のプロトンが前記プロトン交換膜を透過して、前記微生物燃料電池用のエアーカソード槽へ透過するので、前記ＭＡＰ結晶生成槽のｐＨ値が上昇する速度が上昇する効果がある。

また、ＭＡＰ結晶生成工程で、微生物燃料電池で、有機物を微生物により酸化分解するので、ＢＯＤ値またはＣＯＤ値を低下させる効果がある。

第五の発明において、ＭＡＰ結晶生成工程で微生物に対する阻害要因の高濃度アンモニウム濃度が低下するので、次工程のメタン発酵処理工程または微生物燃料電池処理工程での廃水処理効率を向上させると共に省エネルギー効果がある。

第六の発明において、マグネシウム金属またはマグネシウム合金製のアノードと、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを一対の電極とし、負荷抵抗を有する電極接続電導手段で電気的に接続し、前記アノードを食塩水又は海水を収容したアノード槽に浸漬し、水を収納したカソード槽の大気に接する側壁の一部とした前記多孔質金属または多孔質炭素材のカソードを配設し、前記水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布してガス透過性を良くしてエアーカソードとし、前記アノード槽とカソード槽との間仕切り壁の一部を陽イオン交換膜として構成すると、アノードのマグネシウムが酸化溶解し、マグネシウムイオンを生成し、該マグネシウムイオンは前記陽イオン交換膜を透過して前記カソード槽のカソードへ向かい、前記アノードからカソードへ向かった電子が酸素を還元し、水と反応して生成する水酸化イオンと反応して水酸化マグネシウムを生成するが、前記負荷抵抗を調整することにより、水酸化マグネシウム結晶粒径を調整することができるので、機能性水酸化マグネシウムを製造できる効果がある。

また、前記アノード槽とカソード槽とを陽イオン交換膜を隔てた構造とすることにより、合金金属微粒子と水酸化マグネシウムとは、別の槽で沈殿するので、相互の分離工程を省略出来る効果がある。

また、水酸化マグネシウムに合金微粒子が混入しないので、高品質の水酸化マグネシウムを製造出来る効果がある。

図１は第一発明第一実施例の空気電池式反応装置の概略説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 図２は第二発明第一実施例の空気電池式反応装置の概略説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 図３は第三発明第一実施例の空気電池式反応装置の概略説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 図４は第四発明第一実施例の空気電池式反応装置の概略説明図で、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ視平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ視縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ視縦断面図。 図５は第五発明第一実施例の空気電池式反応装置の概略説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

図１は、陽イオン交換膜１を装備した隔壁２と陰イオン交換膜３を装備した隔壁４で区画すると共にリン酸イオン、マグネシウムイオンおよびアンモニウムイオン含有の有機性廃水５を収容したＭＡＰ結晶生成槽６と、前記陽イオン交換膜１を装備した隔壁２で隔てて隣接し、飽和食塩水７を収容したアノード槽８と、前記陰イオン交換膜３を装備した隔壁４で隔てて隣接し、水９を収容したエアーカソード槽１０と、前記アノード槽８には、マグネシウム合金製のアノード１１を浸漬し、前記エアーカソード槽１０の水９に接する側に無電解ニッケルメッキを施し、反対の大気に接する側に４−ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を塗布して空気拡散層となるようにした多孔質ステンレス製のエアーカソード１２を装着した外壁１３とし、前記アノード１１とエアーカソード１２を、負荷抵抗を有する電線１４で電気的に接続して構成した空気電池式反応装置１５としている。本実施例では、前記エアーカソード１２の電極基盤には、多孔質ステンレス製の前記エアーカソード１２としたが、カーボンフエルト、カーボンクロス等も使用出来、何ら制限はない。前記アノード１１のマグネシウムが酸化溶解すると、合金微粒子１６は沈殿し、電子が前記エアーカソード１２へ向かい、マグネシウムイオンは前記陽イオン交換膜１を透過して、前記エアーカソード１２へ向かうが、前記陰イオン交換膜３に阻止されて、前記ＭＡＰ結晶生成槽６に留まる。電子が前記エアーカソード１２に達すると、酸素を還元し、さらに水９と反応して、水酸イオンを生成するが、ニッケル触媒の作用で電気化学反応はさらに促進する。前記水酸イオンは前記陰イオン交換膜３を透過してアノード１１へ向かうが陽イオン交換膜１に阻止され、ＭＡＰ結晶生成槽６に留まり、アルカリ性側で、好ましくはｐＨ８以上で、リン酸イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオンおよび水と反応して、ＭＡＰ結晶六水和物１７を生成し、一部は、前記ＭＡＰ結晶生成槽６の有機性廃水５中に浸漬したステンレス製の網籠１８に付着するが、他にも沈殿物としても回収される。本実施例では、飽和食塩水７を電解水としたが、海水としても良い。また、触媒もニッケルに限定しない。また、前記アノード１１のマグネシウムが酸化溶解すると、２価の陽イオンとなるので、２電子が前記エアーカソード１２へ向かうが、図１の前記電線１４には、１電子を記載して、単に電子が移動していることを表現した（以降の実施例で同様とする）。

図２は、図１の実施例のＭＡＰ結晶生成槽６に散気装置１９を配設して曝気し、アンモニアストリッピング操作を行い、アンモニアガスを大気へ放散している。

図３は、図１の実施例の陰イオン交換膜３を削除した構成としており、アノード１１のマグネシウムが酸化溶解すると、合金微粒子１５は沈殿し、電子がエアーカソード１２へ向かい、マグネシウムイオンは陽イオン交換膜１を透過して、前記エアーカソード１２へ向かう。電子が前記エアーカソード１２に達すると、酸素を還元し、さらに水９と反応して、水酸イオンを生成するが、ニッケル触媒の作用で電気化学反応はさらに促進する。前記水酸イオンはアノード１１へ向かうが、陽イオン交換膜に阻止され、ＭＡＰ結晶生成槽６に留まり、アルカリ性側で好ましくはｐＨ８以上で、リン酸イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオンおよび水と反応して、ＭＡＰ結晶六水和物１６を生成し、一部は、前記ＭＡＰ結晶生成槽６の有機性廃水５中に浸漬したステンレス製の網籠１７に付着するが、他にも沈殿物としても回収される。

図４は、図１の実施例に微生物燃料電池２０を付加した構成としている。即ち、該微生物燃料電池２０は、プロトン交換膜２１を装備した隔壁２２で隔ててＭＡＰ結晶生成槽６と区画すると共に水を収容した第二エアーカソード槽２３と、ＭＡＰ結晶生成槽６の水中に細胞外電子伝達能を有する微生物を含有するバイオフイルムを形成した多孔質ステンレス製のアノード２４を浸漬し、前記第二エアーカソード槽２３の水９に接する側に白金触媒を塗布し、反対の大気に接する側にＰＴＦＥを塗布して空気拡散層となるようにした多孔質ステンレス製のエアーカソード２５を装着した外壁２６とし、前記アノード２４とエアーカソード２５を、負荷抵抗を有する電線１４で電気的に接続して構成し、微生物燃料電池２５としている。前記バイオフイルム含有の細胞外電子伝達能を有する微生物は、有機性廃水５含有の有機物を取り込み二酸化炭素と電子を放出し、該電子が前記電線によりエアーカソード２５に達すると、酸素と水素イオンと反応して水を生成する。

前記細胞外電子伝達能を有する微生物としては、一般的には、Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ門、Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ門、Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ門、Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ門、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ門に属することが知られている。

図５は、飽和食塩水７を収容し、マグネシウム合金製のアノード１１を浸漬したアノード槽８と、水９を収容し、該水９に接する側に無電解ニッケルメッキを施し、反対の大気に接する側にＰＴＦＥを塗布して空気拡散層となるようにした多孔質ステンレス製のエアーカソード１２を装着した外壁１３としたエアーカソード槽１０と、前記アノード１１とエアーカソード１２を、負荷抵抗を有する電線１４と、前記アノード槽８とエアーカソード槽１０を、陽イオン交換膜１を装備した隔壁２で区画して構成した空気電池式反応装置１５としている。前記アノード１１のマグネシウムが酸化溶解すると、合金微粒子１６は沈殿し、電子が前記エアーカソード１２へ向かい、マグネシウムイオンは前記陽イオン交換膜１を透過して、前記エアーカソード１２へ向かう。電子が前記エアーカソード１２に達すると、酸素を還元し、さらに水９と反応して、水酸イオンを生成するが、ニッケル触媒の作用で電気化学反応はさらに促進する。前記マグネシウムイオンと水酸イオンの濃度が上昇すると水酸化マグネシウム結晶２７が析出する。前記負荷抵抗の抵抗値を調整することにより、前記水酸化マグネシウム結晶２７の析出粒径を調整することにより、使用目的に適合した水酸化マグネシウムとする。本実施例では、飽和食塩水７を電解水としたが、海水としても良い。また、触媒もニッケルに限定しない。

し尿脱離水、下水最初沈殿水、豚舎汚水、牛舎汚水、有機性工場廃水等には、高濃度のアンモニア及びリン酸イオンを含有していて、食塩水または海水を電解水とした空気電池式反応装置で、枯渇資源であるリンをアンモニアと共にＭＡＰとして除去回収する装置として有用な技術である。また、食塩水または海水を電解水とした空気電池式反応装置で、高純度で、使用目的に適合した粒子径の水酸化マグネシウムを製造する装置を提供する。

１ 陽イオン交換膜
２ 隔壁
３ 陰イオン交換膜
４ 隔壁
５ 有機性廃水
６ ＭＡＰ結晶生成槽
７ 飽和食塩水
８ アノード槽
９ 水
１０ エアーカソード槽
１１ アノード
１２ エアーカソード
１３ 外壁
１４ 電線
１５ 空気電池式反応装置
１６ 合金微粒子
１７ ＭＡＰ結晶六水和物
１８ 網籠
１９ 散気装置
２０ 微生物燃料電池
２１ プロトン交換膜
２２ 隔壁
２３ 第二エアーカソード槽
２４ アノード
２５ エアーカソード
２６ 外壁
２７ 水酸化マグネシウム結晶

Claims (6)

1. マグネシウム金属またはマグネシウム合金製のアノードと、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属または多孔質炭素質材のカソードと、前記アノードとカソードを電気的に接続すると共に負荷抵抗を有する電極接続電導手段と、食塩水又は海水を収容し、前記アノードを浸漬したアノード槽と、水を収容し、該水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布した前記カソードを側壁の一部としたカソード槽と、該カソード槽と前記アノード槽の間に、リン酸イオン、アンモニウムイオンおよびマグネシウムイオン含有の有機性廃水収容し、前記アノード槽との間仕切り壁の一部を陽イオン交換膜とし、前記カソード槽との間仕切り壁の一部を陰イオン交換１膜とした、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽とで、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を製造することを特徴とする空気電池式反応装置。
2. 請求項１記載の廃水に含有するアンモニウムイオン濃度が、リン酸イオンおよびマグネシウムイオン濃度に対して、高い廃水において、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽の廃水を曝気手段で曝気することを特徴とする請求項１記載の空気電池式反応装置。
3. 請求項１記載の陰イオン交換膜を削除すると共にリン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽をカソード槽と一体としてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を製造することを特徴とする請求項１、２または３記載の空気電池式反応装置。
4. 請求項１記載のリン酸マグネシウムアンモニウム結晶生成槽に、細胞外電子伝達能を有する微生物を含有するバイオフイルムを形成して水中に浸漬したアノードと、水を収容し、該水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布したガス透過性のカソードを側壁の一部としたカソード槽と、前記アノードとカソードを電気的に接続すると共に抵抗負荷を有する電極接続電導手段と、前記アノード槽とカソード槽との間仕切り壁の一部をプロトン交換膜とした構成の微生物燃料電池を付加したことを特徴とする空気電池式反応装置。
5. 請求項１、２、３又は４記載の空気電池式反応装置でリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を製造してアンモニウムイオン濃度が低下した処理水を微生物燃料電池装置で廃水の有機物を分解することを特徴とする空気電池式反応方法。
6. マグネシウム金属またはマグネシウム合金製のアノードと、マグネシウムよりも貴電位の多孔質金属または多孔質炭素材製のカソードと、電極接続電導手段と、食塩水又は海水を収容し、前記アノードを浸漬したアノード槽と、水を収容し、該水に接する側に触媒を担持し、反対側で大気に接する側に撥水剤を塗布した前記カソードを側壁の一部としたカソード槽と、前記アノード槽との間仕切り壁の一部を陽イオン交換膜とし、前記カソード槽で水酸化マグネシウムを製造することを特徴とする空気電池式反応装置。