JP2017159210A - Nitrification denitration type wastewater treatment system - Google Patents

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Nami Ri
波 李
和之 田口
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和之 田口
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Yosuke Hanai
洋輔 花井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for supplying an alkali component which is environment friendly and economically excellent without using chemical agent in a biological nitrification denitration type wastewater treatment system.SOLUTION: There is provided a nitrification denitration type wastewater treatment system including at least an anaerobic tank 2, an aerobic tank 3 and a microbial fuel cell 1, the microbial fuel cell 1 has an anode electrode 11 to which electrically produced microbial is fixed, a cathode zone 15 with a cathode electrode 14 and an ion permeable barrier 13 separating a zone 12 having the anode electrode 11 and the cathode zone, OHgenerated in the cathode zone 14 is supplied to the anaerobic tank 2 and a nitration liquid of the aerobic tank 3 is supplied to the cathode zone 14.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、生物学的硝化脱窒法に基づく硝化脱窒式排水処理システムおよび排水処理方法に関する。   The present invention relates to a nitrification / denitrification wastewater treatment system and a wastewater treatment method based on a biological nitrification / denitrification method.

生物学的硝化脱窒素法は、アンモニア性窒素を好気条件下で微生物処理し、亜硝酸あるいは硝酸性窒素まで酸化する硝化工程と、嫌気条件下で亜硝酸、硝酸性窒素を窒素ガスとして還元除去する脱窒工程からなる。   Biological nitrification and denitrification is a nitrification process in which ammonia nitrogen is treated with microorganisms under aerobic conditions and oxidized to nitrous acid or nitrate nitrogen, and nitrous acid and nitrate nitrogen are reduced as nitrogen gas under anaerobic conditions. It consists of a denitrification step to be removed.

一般的な生物学的硝化脱窒素法を、図8に示すフロー図を用いて簡単に説明する。図中、S1は、有機性窒素をアンモニア性窒素(NH−N)に無機化するステップである。このステップにおいては、窒素1mg/Lに対して、3.57mg/Lのアルカリ度が増加する。なお、ここでいうアルカリ度は、JIS K0102−15.1の方法で測定するMアルカリ度である。S2は、好気性条件下でNH−Nを硝化して、NO−Nを生成するステップである。このステップでは窒素1mg/Lに対して、7.14mg/Lのアルカリ度が減少する。最後に、S3は、嫌気性条件下でNO−Nから脱窒素を行い、Nガスを生成して大気放出するステップである。この際には窒素1mg/Lに対して3.57mg/Lのアルカリ度が増加する。 A general biological nitrification denitrification method will be briefly described with reference to the flowchart shown in FIG. In the figure, S1 is a step for mineralizing organic nitrogen to ammonia nitrogen (NH 4 —N). In this step, the alkalinity of 3.57 mg / L increases with respect to 1 mg / L of nitrogen. In addition, alkalinity here is M alkalinity measured by the method of JISK0102-15.1. S2 is a step of nitrifying NH 4 -N under aerobic conditions to produce NO 3 -N. In this step, the alkalinity of 7.14 mg / L decreases with respect to 1 mg / L of nitrogen. Finally, S3 is a step of denitrifying NO 3 —N under anaerobic conditions to generate N 2 gas and releasing it into the atmosphere. At this time, the alkalinity of 3.57 mg / L increases with respect to 1 mg / L of nitrogen.

このため、アルカリ度が減少するステップでは、流入水の窒素濃度及びアルカリ度に応じ、アルカリ度収支計算などに基づき、アルカリ剤添加量を検討し、添加することが必要となる場合がある(例えば、特許文献1)。アルカリ剤としては安定した亜硝酸型硝化を維持する見地から、重炭酸ナトリウムや炭酸ナトリウムが広く使用される。また、より安価な水酸化ナトリウムを併用または単独で用いるプロセスもする。   For this reason, in the step in which the alkalinity decreases, it may be necessary to examine and add the alkali agent addition amount based on the alkalinity balance calculation according to the nitrogen concentration and alkalinity of the influent water (for example, Patent Document 1). As an alkaline agent, sodium bicarbonate and sodium carbonate are widely used from the viewpoint of maintaining stable nitrite type nitrification. In addition, a process is also used in which cheaper sodium hydroxide is used in combination or alone.

特開2006-88092号公報JP 2006-88092 A

従来、生物学的硝化脱窒素法においては、硝化工程にアルカリ成分を供給するために、化学薬品の投入が不可欠であった。このため処理槽内、及び流出水のイオン濃度が高くなり、生物処理と環境には不利な影響があった。また、化学薬品は価格が高く、生産する過程も環境を汚染するリスクがある。これらの課題を解決するために、生物学的硝化脱窒素式排水処理システムにおいて、化学薬品を使用することなく、環境にやさしく、経済的に優れたアルカリ成分を供給する技術の開発が必要となる。   Conventionally, in the biological nitrification denitrification method, in order to supply an alkaline component to the nitrification process, it is indispensable to input chemicals. For this reason, the ion concentration in a processing tank and effluent water became high, and there existed a bad influence on biological treatment and an environment. Also, chemicals are expensive and the production process is at risk of polluting the environment. In order to solve these problems, it is necessary to develop technology for supplying environmentally friendly and economically superior alkaline components without using chemicals in biological nitrification denitrification wastewater treatment systems. .

本発明者らは、上記課題に対し、微生物燃料電池の原理を用い、カソードにて電気化学的反応から生成したアルカリ成分OHを硝化脱窒素の反応、特に硝化反応時に供給することに想到し、課題を解決するに至った。 The present inventors have conceived of supplying the alkali component OH generated from the electrochemical reaction at the cathode during the nitrification / denitrogenation reaction, particularly during the nitrification reaction, using the principle of a microbial fuel cell. It came to solve the problem.

本発明は、一実施形態によれば、[1]嫌気槽と、好気槽と、微生物燃料電池を少なくとも含んでなる硝化脱窒式排水処理システムであって、前記微生物燃料電池が、電気生成微生物を固定したアノード電極と、カソード電極を備えるカソード領域と、前記アノード電極を有する領域と前記カソード領域とを隔てるイオン透過性隔膜とを備え、前記好気槽に前記カソード領域で生成するOHが供給され、前記カソード領域に前記好気槽の硝化液が供給されるシステムである。 According to one embodiment of the present invention, [1] a nitrification / denitrification wastewater treatment system comprising at least an anaerobic tank, an aerobic tank, and a microbial fuel cell, wherein the microbial fuel cell is an electric generator OH generated in the aerobic tank in the cathode region, comprising: an anode electrode in which microorganisms are fixed; a cathode region having a cathode electrode; and an ion-permeable diaphragm that separates the region having the anode electrode from the cathode region. Is supplied, and the aerobic tank nitrification solution is supplied to the cathode region.

[2] [1]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽内部に設けられ、前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段を備えることが好ましい。   [2] In the nitrification / denitrification wastewater treatment system according to [1], the microbial fuel cell may be provided inside the anaerobic tank, and may include means for sending a nitrification solution from the aerobic tank to the cathode region. preferable.

[3] [1]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽及び好気槽の外部に設けられ、前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽にカソード液を送る手段と、前記アノード電極を有する領域(アノード領域)に被処理水を送る手段と、前記アノード電極を有する領域(アノード領域)から前記嫌気槽にアノード液を送る手段とを備えることが好ましい。   [3] In the nitrification / denitrification wastewater treatment system according to [1], the microbial fuel cell is provided outside the anaerobic tank and the aerobic tank, and sends the nitrification solution from the aerobic tank to the cathode region. Means for sending catholyte from the cathode region to the aerobic tank, means for sending water to be treated to the region having the anode electrode (anode region), and from the region having the anode electrode (anode region) It is preferable to provide a means for feeding the anolyte to the anaerobic tank.

[4] [1]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記嫌気槽と、前記好気槽との間にさらに無酸素槽を備え、前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽内部に設けられ、前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽または無酸素槽へカソード液を送る手段とを備えることが好ましい。   [4] The nitrification denitrification wastewater treatment system according to [1], further comprising an anoxic tank between the anaerobic tank and the aerobic tank, wherein the microbial fuel cell is provided inside the anaerobic tank. And a means for sending the nitrification solution from the aerobic tank to the cathode region, and a means for sending the catholyte from the cathode region to the aerobic tank or an oxygen-free tank.

[5] [1]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記嫌気槽と、前記好気槽との間にさらに無酸素槽を備え、前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽、好気槽及び無酸素槽の外部に設けられ、前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽または無酸素槽にカソード液を送る手段と、前記アノード電極を有する領域(アノード領域)に被処理水を送る手段と、前記アノード電極を有する領域(アノード領域)から前記嫌気槽にアノード液を送る手段とを備えることが好ましい。   [5] The nitrification / denitrification wastewater treatment system according to [1], further comprising an anoxic tank between the anaerobic tank and the aerobic tank, wherein the microbial fuel cell includes the anaerobic tank and the aerobic tank. A means for sending a nitrification liquid from the aerobic tank to the cathode region, a means for sending a catholyte from the cathode region to the aerobic tank or an oxygen-free tank, and the anode electrode. It is preferable to include means for sending the water to be treated to the area having the anode (anode area) and means for sending the anolyte from the area having the anode electrode (anode area) to the anaerobic tank.

[6] [2]または[4]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記アノード電極が、前記嫌気槽内部の被処理水に浸漬されることが好ましい。   [6] In the nitrification / denitrification wastewater treatment system according to [2] or [4], it is preferable that the anode electrode is immersed in water to be treated inside the anaerobic tank.

[7] [3]または[5]に記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記アノード電極を有する領域(アノード領域)に被処理水を送る手段が、前記嫌気槽内部を経由することが好ましい。   [7] In the nitrification / denitrification wastewater treatment system according to [3] or [5], the means for sending the water to be treated to the region having the anode electrode (anode region) may pass through the inside of the anaerobic tank. preferable.

[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の硝化脱窒式排水処理システムにおいて、前記微生物燃料電池が、前記アノード電極と前記カソード電極とを接続する電気回路中に、取り換え可能な外部抵抗、もしくは可変外部抵抗を備えることが好ましい。   [8] In the nitrification denitrification wastewater treatment system according to any one of [1] to [7], the microbial fuel cell can be replaced in an electric circuit connecting the anode electrode and the cathode electrode. It is preferable to provide an external resistor or a variable external resistor.

本発明は別の局面によれば、[9] 硝化脱窒式排水処理方法であって、被処理水中の硝酸または亜硝酸を還元して、窒素を生成する脱窒工程と、被処理水中のアンモニウム化合物を、硝化菌により硝酸または亜硝酸にする硝化工程と、微生物燃料電池のカソードにおいてOHを生成するアルカリ生成工程とを少なくとも含んでなり、前記硝化工程に、前記アルカリ生成工程で得られるOHを添加し、前記硝化工程における硝化液を前記微生物燃料電池のカソードに供給する。 According to another aspect of the present invention, there is [9] a nitrification denitrification wastewater treatment method, wherein a denitrification step of generating nitrogen by reducing nitric acid or nitrous acid in treated water; It comprises at least a nitrification step in which an ammonium compound is converted to nitric acid or nitrous acid by a nitrifying bacterium, and an alkali generation step for generating OH at the cathode of the microbial fuel cell. The nitrification step is obtained in the alkali generation step. OH is added, and the nitrification liquid in the nitrification step is supplied to the cathode of the microbial fuel cell.

[10] [9]に記載の硝化脱窒式排水処理方法において、前記アルカリ生成工程におけるOHの生成量を、前記微生物燃料電池の外部抵抗を変化させることにより調整することが好ましい。 [10] In the nitrification / denitrification wastewater treatment method according to [9], it is preferable to adjust the production amount of OH in the alkali production step by changing an external resistance of the microbial fuel cell.

本発明に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、一般的な硝化脱窒法による排水処理システムに微生物燃料電池を組み込むことで、化学薬品などを使用することなく、アルカリ成分の供給が可能となる。このようなシステムにおいては、微生物燃料電池の外部抵抗を取り替えることにより、回路電流を調節することができ、それにより微生物燃料電池のカソード槽にてアルカリ成分の生成量が調整可能となる。微生物燃料電池は電力を消費することなく、化学薬品の投入も不要であるため、環境に優しく、かつ、十分な処理特性を備える排水処理システム及び排水処理方法を提供することができる。   According to the wastewater treatment system and the wastewater treatment method according to the present invention, by incorporating a microbial fuel cell into a general wastewater treatment system using a nitrification denitrification method, it is possible to supply an alkaline component without using chemicals or the like. Become. In such a system, the circuit current can be adjusted by replacing the external resistance of the microbial fuel cell, whereby the production amount of the alkaline component can be adjusted in the cathode tank of the microbial fuel cell. Since the microbial fuel cell does not consume power and does not require the input of chemicals, it is possible to provide a wastewater treatment system and a wastewater treatment method that are environmentally friendly and have sufficient treatment characteristics.

図1(A)は、本発明の第1実施形態による排水処理方法及びシステムを示す概念図であり、(B)は(A)中の微生物燃料電池の拡大図である。FIG. 1 (A) is a conceptual diagram showing a wastewater treatment method and system according to a first embodiment of the present invention, and (B) is an enlarged view of a microbial fuel cell in (A). 図2は、本発明の第2実施形態による排水処理方法及びシステムを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a wastewater treatment method and system according to a second embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第3実施形態による排水処理方法及びシステムを示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a wastewater treatment method and system according to a third embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第4実施形態による排水処理方法及びシステムを示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a wastewater treatment method and system according to a fourth embodiment of the present invention. 図5は、実験例に用いた実験系を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an experimental system used in an experimental example. 図6は、実験例における、処理時間に対する、循環溶液のpH、回路電流の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the pH of the circulating solution and the circuit current with respect to the treatment time in the experimental example. 図7は、実験例におけるOH生成量の実測値と、理論値を比較するグラフである。FIG. 7 is a graph comparing the measured value of the OH production amount and the theoretical value in the experimental example. 図8は、一般的な生物学的硝化脱窒素法を説明するフロー図である。FIG. 8 is a flow diagram illustrating a general biological nitrification denitrification method.

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、図面は、本発明を説明するための例示的な概略図であって、本発明を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. The drawings are exemplary schematic diagrams for explaining the present invention and are not intended to limit the present invention.

[第1実施形態]
本発明は、第1実施形態によれば、排水処理システムであって、嫌気槽と、好気槽と、沈殿槽と、嫌気槽内部に設けられた微生物燃料電池とから主として構成される。
[First Embodiment]
The present invention is a wastewater treatment system according to the first embodiment, and is mainly composed of an anaerobic tank, an aerobic tank, a sedimentation tank, and a microbial fuel cell provided inside the anaerobic tank.

図1は、本実施形態による排水処理システムを概念的に示す図である。図1(A)に示す排水処理システムは、嫌気・好気法(以下、AO法ともいう)による排水処理システムに基づき、嫌気槽2と、好気槽3と、沈殿槽5を備えており、嫌気槽2内部に微生物燃料電池1を備えている。   FIG. 1 is a diagram conceptually showing a wastewater treatment system according to this embodiment. The wastewater treatment system shown in FIG. 1 (A) includes an anaerobic tank 2, an aerobic tank 3, and a sedimentation tank 5 based on a wastewater treatment system using an anaerobic / aerobic method (hereinafter also referred to as AO method). The microbial fuel cell 1 is provided inside the anaerobic tank 2.

嫌気槽2は、有機性窒素を含む被処理水が最初に流入する処理槽であって、被処理水中の硝酸または亜硝酸を還元して、窒素を生成する脱窒工程が行われる脱窒槽であってよい。嫌気槽2は、脱窒菌を含む活性汚泥を備えるように構成することができる。嫌気槽2には、被処理水が導入され(L)と、嫌気槽2にて処理されたのち、好気槽3へ送られる(L)。なお、本発明の各実施形態における表示Lは、処理槽間、または処理槽と微生物燃料電池のアノードもしくはカソード領域との間の被処理水の流れもしくは被処理水を流す手段を示す。被処理水を流す手段は、配管や流路、ポンプなどの移送手段であってもよいが、特定の構成には限定されない。 The anaerobic tank 2 is a treatment tank into which water to be treated containing organic nitrogen first flows, and is a denitrification tank in which a denitrification step is performed in which nitric acid or nitrous acid in the water to be treated is reduced to generate nitrogen. It may be. The anaerobic tank 2 can be configured to include activated sludge containing denitrifying bacteria. When water to be treated is introduced into the anaerobic tank 2 (L 1 ), it is treated in the anaerobic tank 2 and then sent to the aerobic tank 3 (L 2 ). The display L n in each embodiment of the present invention shows a means for flowing a stream or treated water of the water to be treated between the treatment tank or between the processing tank and the microbial fuel anode or cathode region of the cell. The means for flowing the water to be treated may be transfer means such as pipes, flow paths, and pumps, but is not limited to a specific configuration.

好気槽3は、嫌気槽2から被処理水が導入される処理槽であって、アンモニウム化合物を、硝化菌により硝酸または亜硝酸にする硝化工程が行われる硝化槽であってよい。好気槽3は、硝化菌を含む活性汚泥と、酸素を含む空気を導入する曝気装置を備えるように構成することができる。好気槽3での処理を経た被処理水を次工程に送られる(L)。 The aerobic tank 3 is a treatment tank into which water to be treated is introduced from the anaerobic tank 2, and may be a nitrification tank in which a nitrification step is performed in which an ammonium compound is converted into nitric acid or nitrous acid by nitrifying bacteria. The aerobic tank 3 can be configured to include an activated sludge containing nitrifying bacteria and an aeration apparatus for introducing air containing oxygen. The water to be treated that has been treated in the aerobic tank 3 is sent to the next process (L 3 ).

沈殿槽5は、好気槽3から被処理水が導入される槽であって、沈殿池とも指称する。沈殿槽5では、微生物を含んだ活性汚泥を沈殿させて、上澄みの処理済水と分離する。活性汚泥は、嫌気槽2に返送され(L)、再度処理に用いられる。沈殿槽5の上澄みの処理済水は、図示しない手段により次工程に送られ、さらに処理を受けて放流される。 The settling tank 5 is a tank into which treated water is introduced from the aerobic tank 3 and is also referred to as a settling tank. In the settling tank 5, the activated sludge containing microorganisms is precipitated and separated from the supernatant treated water. The activated sludge is returned to the anaerobic tank 2 (L 7 ) and used again for processing. The treated water in the supernatant of the sedimentation tank 5 is sent to the next step by means not shown, and further processed and discharged.

微生物燃料電池1は、嫌気槽2内部に設けられている。図1(B)を参照すると、微生物燃料電池1は、電気生成微生物を固定したアノード電極11を備えるアノード領域12と、カソード電極14を備えるカソード領域15と、前記アノード領域12とカソード領域15とを隔てるイオン透過性隔膜13と、外部抵抗16とから構成されている。   The microbial fuel cell 1 is provided inside the anaerobic tank 2. Referring to FIG. 1 (B), the microbial fuel cell 1 includes an anode region 12 including an anode electrode 11 on which an electricity-generating microorganism is fixed, a cathode region 15 including a cathode electrode 14, the anode region 12 and the cathode region 15; Are formed of an ion permeable diaphragm 13 and an external resistor 16.

アノード電極11に固定される電気生成微生物は、特には限定されず、微生物燃料電池において一般的に使用される1種または2種以上の菌類を用いることができる。例えば、Geobactor、Saccharomyces、Hansenula、Candida、Micrococcus、Staphylococcus、Streptococcus、Leuconostoa、Lactobacillus、Corynebacterium、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Neisseria、Escherichia、Enterobacter、Serratia、Achromobacter、Alcaligenes、Flavobacterium、Acetobacter、Moraxella、Nitrosomonas、Nitorobacter、Thiobacillus、Gluconobacter、Pseudomonas、Xanthomonas、Vibrio、Comamonas及びProteus(Proteusvulgaris)属に属する菌類から選択することができるが、これらには限定されない。また、これに加えて、任意選択的に、アノード電極11に電子メディエータを備えるものであってもよい。また、アノード及びカソード電極11、14は、一般的な電極材料から構成することができ、カーボン、白金などの金属、導電性高分子、導電性無機材料等であってよいが、これらには限定されない。イオン透過性隔膜13は、陽イオン交換膜を使用することができる。   The electrogenerated microorganisms fixed to the anode electrode 11 are not particularly limited, and one or more fungi generally used in microbial fuel cells can be used. For example, Geobactor, Saccharomyces, Hansenula, Candida, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Leuconostoa, Lactobacillus, Corynebacterium, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium, Neisseria, Escherichia, Enterobacter, Serigenia, ellaactor It can be selected from, but not limited to, fungi belonging to the genus Thiobacillus, Gluconobacter, Pseudomonas, Xanthomonas, Vibrio, Comamonas and Proteus (Proteusvulgaris). In addition to this, the anode electrode 11 may optionally include an electron mediator. Further, the anode and cathode electrodes 11 and 14 can be made of a general electrode material, and may be a metal such as carbon or platinum, a conductive polymer, a conductive inorganic material, or the like, but is not limited thereto. Not. As the ion permeable membrane 13, a cation exchange membrane can be used.

図1(A)を参照すると、本実施形態において、微生物燃料電池1は、少なくともアノード電極11及びカソード電極14が被処理水に浸漬する態様で、好ましくはアノード領域12及びカソード領域15が被処理水に浸漬する態様で、嫌気槽2の内部に設けられている。カソード領域15は、物質が透過できない膜や隔壁などにより、嫌気槽2から隔離されている。したがって、嫌気槽2の被処理水がカソード領域15に流入することがない。カソード領域15には、好気槽3の硝化液をカソード領域15に流入させる手段L11、カソード領域15のカソード液を好気槽3に流入させる手段を備える。硝化槽からの返送液を、カソード領域15に流入させる(L11)装置は、ポンプと、配管などであってよい。このような被処理水の流れを実現するためには、具体的には、既存の(一般的な)汚水処理場の脱窒素のための硝化液返送ライン出口にカソード槽を設けることができるが、特定の態様には限定されない。なお、図1(A)において、カソード液が好気槽3に流入する流れL12は、Lに合流するように記載しているが、Lとは別に、好気槽3に直接接続していてもよい。 Referring to FIG. 1 (A), in this embodiment, the microbial fuel cell 1 is such that at least the anode electrode 11 and the cathode electrode 14 are immersed in the water to be treated, and preferably the anode region 12 and the cathode region 15 are treated. It is provided inside the anaerobic tank 2 in such a manner that it is immersed in water. The cathode region 15 is isolated from the anaerobic tank 2 by a film, a partition wall or the like through which no substance can permeate. Therefore, the water to be treated in the anaerobic tank 2 does not flow into the cathode region 15. The cathode region 15 is provided with means L 11 for flowing the nitrating liquid from the aerobic tank 3 into the cathode region 15 and means for flowing the catholyte from the cathode region 15 into the aerobic tank 3. The apparatus (L 11 ) that causes the return liquid from the nitrification tank to flow into the cathode region 15 may be a pump, piping, or the like. In order to realize such a flow of water to be treated, specifically, a cathode tank can be provided at the outlet of the nitrification liquid return line for denitrification of an existing (general) sewage treatment plant. The specific embodiment is not limited. In FIG. 1 (A), the flow L 12 into which the catholyte flows into the aerobic tank 3 is described as joining the L 2 , but it is directly connected to the aerobic tank 3 separately from L 2. You may do it.

一方、アノード領域12は、カソード領域15から隔壁により隔てられた領域であって、アノード電極を有する領域である。アノード領域12は、アノード電極11が被処理水に接触可能な状態で存在する領域であればよい。したがって、図1中仮想線で示すアノード領域12を画定する隔壁や隔膜は存在しなくてもよいし、被処理水が透過もしくは流入可能な膜や隔壁であってもよい。したがって、好ましい実施形態においては、嫌気槽2に、アノード電極を浸漬した態様であって、嫌気槽2自体を、アノード領域ということができる。この場合、図1中仮想線で示すアノード領域12に被処理水を流入させる手段L13、アノード領域12のアノード液を嫌気槽2に流入させる手段L14を備える必要はない。別の実施形態においては、嫌気槽2に、アノード領域を画定する隔壁や隔膜が存在してもよく、この場合には、嫌気槽2中の被処理水をアノード領域12に流入させる手段L13、アノード領域12のアノード液を嫌気槽2に流入させる手段L14を備えていてもよく、具体的な手段としては、ポンプと、配管などであってよい。 On the other hand, the anode region 12 is a region separated from the cathode region 15 by a partition wall and having an anode electrode. The anode area | region 12 should just be an area | region which exists in the state which the anode electrode 11 can contact with to-be-processed water. Therefore, there may not be a partition wall or a diaphragm that delimits the anode region 12 indicated by a phantom line in FIG. 1, or it may be a film or a partition wall through which water to be treated can permeate or flow. Therefore, in a preferred embodiment, the anode electrode is immersed in the anaerobic tank 2, and the anaerobic tank 2 itself can be referred to as an anode region. In this case, it is not necessary to include the means L 13 for flowing the water to be treated into the anode region 12 indicated by the phantom line in FIG. 1 and the means L 14 for flowing the anolyte of the anode region 12 into the anaerobic tank 2. In another embodiment, the anaerobic tank 2 may have a partition wall or a diaphragm that defines the anode region. In this case, means L 13 for causing the water to be treated in the anaerobic tank 2 to flow into the anode region 12. Means L 14 for allowing the anolyte in the anode region 12 to flow into the anaerobic tank 2 may be provided, and specific means may include a pump and piping.

図1(A)に示す硝化脱窒式排水処理システムにおける、排水処理方法について説明する。有機性窒素を含む被処理水流Lは、嫌気槽2に流入される。嫌気槽2では、被処理水中の硝酸または亜硝酸を還元して、窒素を生成する脱窒工程が行われる。また、有機物を多く含む被処理水は、嫌気槽2に配設されるアノード電極に接するか、あるいは微生物燃料電池1のアノード領域12に流入させる(L13)ことで、電気生成微生物の栄養源とすることができる。画定されたアノード領域12が存在する場合、アノード領域12のアノード液は、嫌気槽2に循環される(L14)。一方、微生物燃料電池1のカソード領域15には、好気槽3から硝化液を流入させる(L11)。好気槽3の硝化液は、溶存酸素が多く、以下のカソード反応に必要な酸素をカソード電極14に供給するのに有利である。
+2HO+4e→4OH
そして、カソード電極14で生成されたOHを多く含むカソード液は、好気槽3に送られる。そして、アルカリ度を増加させて、好気槽3のpHを最適範囲、例えば、6.5〜9.0に調整することができる。従来、化学薬品からなるアルカリ剤を投入してpHを下げる必要があった好気槽3においては、化学薬品を投入することなく、また化学薬品由来の塩を増やすことなく、pHの調整を行うことができるため、有利である。
A waste water treatment method in the nitrification denitrification waste water treatment system shown in FIG. A treated water stream L 1 containing organic nitrogen flows into the anaerobic tank 2. In the anaerobic tank 2, the denitrification process which reduces | restores nitric acid or nitrous acid in to-be-processed water, and produces | generates nitrogen is performed. Further, the water to be treated containing a large amount of organic matter comes into contact with the anode electrode disposed in the anaerobic tank 2 or flows into the anode region 12 of the microbial fuel cell 1 (L 13 ), thereby providing nutrient sources for the electrogenerated microorganisms. It can be. When the defined anode region 12 is present, the anolyte in the anode region 12 is circulated to the anaerobic tank 2 (L 14 ). On the other hand, the nitrification liquid is caused to flow into the cathode region 15 of the microbial fuel cell 1 from the aerobic tank 3 (L 11 ). The nitrification solution in the aerobic tank 3 has a large amount of dissolved oxygen, which is advantageous for supplying oxygen necessary for the following cathode reaction to the cathode electrode 14.
O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH
Then, the catholyte containing a lot of OH produced by the cathode electrode 14 is sent to the aerobic tank 3. And the alkalinity can be increased and the pH of the aerobic tank 3 can be adjusted to the optimal range, for example, 6.5-9.0. Conventionally, in the aerobic tank 3 in which it has been necessary to lower the pH by adding an alkaline agent made of a chemical, the pH is adjusted without adding a chemical and without increasing the salt derived from the chemical. This is advantageous.

本実施形態においては、微生物燃料電池1の外部抵抗16を変化させることにより、カソード電極14におけるOHの生成量を調整することができる。このような構成とするために、外部抵抗16は、取替えが可能な抵抗、あるいは可変抵抗で構成することができる。また、好気槽3に、硝化液のpHを測定する装置を備え、硝化液のpH測定結果に応じて、カソード電極14におけるOHの生成量を調整することもできる。 In the present embodiment, the amount of OH produced at the cathode electrode 14 can be adjusted by changing the external resistance 16 of the microbial fuel cell 1. In order to achieve such a configuration, the external resistor 16 can be configured with a replaceable resistor or a variable resistor. In addition, the aerobic tank 3 may be provided with a device for measuring the pH of the nitrating solution, and the amount of OH produced in the cathode electrode 14 may be adjusted according to the pH measurement result of the nitrating solution.

本発明の第1実施形態に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、嫌気槽2内に微生物燃料電池1を設置することで、従来のAO法による排水処理システム及びその被処理液を利用して、化学薬品を用いることなく、アルカリ成分を供給することができる。   According to the waste water treatment system and waste water treatment method according to the first embodiment of the present invention, by installing the microbial fuel cell 1 in the anaerobic tank 2, the waste water treatment system by the conventional AO method and the liquid to be treated are used. Thus, the alkali component can be supplied without using chemicals.

[第2実施形態]
本発明は、第2実施形態によれば、排水処理システムであって、嫌気槽と、好気槽と、沈殿槽と、嫌気槽および好気槽とは独立して設けられた微生物燃料電池とから主として構成される。
[Second Embodiment]
The present invention is a wastewater treatment system according to the second embodiment, and is an anaerobic tank, an aerobic tank, a precipitation tank, and a microbial fuel cell provided independently of the anaerobic tank and the aerobic tank. Consists mainly of.

図2は、本実施形態による排水処理システムを概念的に示す図である。図2に示す排水処理システムは、AO法による排水処理システムに基づき、嫌気槽2と、好気槽3と沈殿槽5を備えており、これらの槽とは別に微生物燃料電池1を備えている。   FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the waste water treatment system according to the present embodiment. The wastewater treatment system shown in FIG. 2 includes an anaerobic tank 2, an aerobic tank 3, and a settling tank 5 based on a wastewater treatment system based on the AO method, and a microbial fuel cell 1 separately from these tanks. .

嫌気槽2、好気槽3、及び沈殿槽5の構成については、第1実施形態において説明したとおりであり、ここでは説明を省略する。微生物燃料電池1についても、図1(B)に示すように、電気生成微生物を固定したアノード電極11を備えるアノード領域12と、カソード電極14を備えるカソード領域15と、前記アノード領域12とカソード領域15とを隔てるイオン透過性隔膜13と、外部抵抗16とから構成されている点で共通する。しかし、微生物燃料電池1が嫌気槽2と独立して配設され、アノード領域12とカソード領域15のそれぞれが、外部に水や物質を透過させない隔壁で画定されるように構成されている点で異なっている。カソード領域15と好気槽3との間で被処理水を流すための手段L21、L22については、第1実施形態で説明したのと同様の構成とすることができる。あるいは、手段L21としては、エアリフトを使用することもできる。一方、本実施形態においては、嫌気槽2から独立して画定された領域であるアノード領域12に、嫌気槽2を経ていない被処理水を流入させる手段L23と、アノード領域12から嫌気槽へ被処理水を流すための手段L24が設けられている。これらの手段L23、L24は、典型的には配管とポンプなどであってよいが、被処理水の流通が可能な手段であれば、これらには限定されない。 About the structure of the anaerobic tank 2, the aerobic tank 3, and the sedimentation tank 5, it is as having demonstrated in 1st Embodiment, and abbreviate | omits description here. Also for the microbial fuel cell 1, as shown in FIG. 1 (B), an anode region 12 including an anode electrode 11 to which an electrogenerated microorganism is fixed, a cathode region 15 including a cathode electrode 14, and the anode region 12 and the cathode region. 15 is common in that it is composed of an ion-permeable diaphragm 13 that separates 15 and an external resistor 16. However, the microbial fuel cell 1 is disposed independently of the anaerobic tank 2, and each of the anode region 12 and the cathode region 15 is configured to be defined by a partition wall that does not allow water or a substance to permeate outside. Is different. The means L 21 and L 22 for flowing the water to be treated between the cathode region 15 and the aerobic tank 3 can have the same configuration as described in the first embodiment. Alternatively, the means L 21, may be used airlift. On the other hand, in the present embodiment, the anode region 12 is a region defined independently of the anaerobic tank 2, it means L 23 for flowing water to be treated not undergone anaerobic tank 2, from the anode region 12 to the anaerobic tank Means L 24 for flowing the water to be treated is provided. These means L 23 and L 24 may typically be pipes and pumps, but are not limited to these as long as they can circulate the water to be treated.

図2に示す硝化脱窒式排水処理システムにおける、排水処理方法も、嫌気槽2にて脱窒工程が行われ、好気槽3にて硝化工程が行われる点では第1実施形態と同じである。第2実施形態においては、微生物燃料電池1のアノード領域12には、電気生成微生物の栄養源となる被処理水が、嫌気槽2を経ることなく送られ(L23)、アノード領域12に存在するアノード液は嫌気槽2に送られる(L24)。一方、微生物燃料電池1のカソード領域15には、好気槽3から送られる硝化液を流入させ(L21)、カソード電極14で生成されたOHを多く含むカソード液は、好気槽3に送られる(L22)。嫌気槽2に流入する前の被処理水を直接アノード領域12に供給する態様(L23)に代えて、あるいはこれに加えて、嫌気槽2内の被処理水をアノード領域12に流入させるための手段を備えていてもよい。このような被処理水の流れにより、好気槽3には、微生物燃料電池1で生成されたOHが供給されて、好気槽3のpHの低下を防ぎ、好適なpH領域に調整することができる。また、微生物燃料電池1のアノード領域12には、有機物が豊富な被処理水が供給されるため、アノード電極11に固定された微生物の栄養源を補給し続けることができる。このようにして、好気槽3においては、化学薬品を投入することなくpHの調整を行うことができる。また微生物燃料電池1を機能させるのに必要な微生物の栄養源として、被処理水中の有機物を利用することができる。 The wastewater treatment method in the nitrification / denitrification wastewater treatment system shown in FIG. 2 is the same as that of the first embodiment in that the denitrification process is performed in the anaerobic tank 2 and the nitrification process is performed in the aerobic tank 3. is there. In the second embodiment, to-be-treated water that serves as a nutrient source for the electricity-generated microorganisms is sent to the anode region 12 of the microbial fuel cell 1 without passing through the anaerobic tank 2 (L 23 ) and is present in the anode region 12. The anolyte to be sent is sent to the anaerobic tank 2 (L 24 ). On the other hand, the nitrification liquid sent from the aerobic tank 3 is caused to flow into the cathode region 15 of the microbial fuel cell 1 (L 21 ), and the catholyte containing a lot of OH generated at the cathode electrode 14 is added to the aerobic tank 3. (L 22 ). In order to cause the water to be treated in the anaerobic tank 2 to flow into the anode region 12 instead of or in addition to the mode (L 23 ) in which the water to be treated before flowing into the anaerobic tank 2 is directly supplied to the anode region 12. The means may be provided. By such a flow of water to be treated, OH generated in the microbial fuel cell 1 is supplied to the aerobic tank 3 to prevent the pH of the aerobic tank 3 from being lowered and adjusted to a suitable pH range. be able to. In addition, since the treated water rich in organic matter is supplied to the anode region 12 of the microbial fuel cell 1, the nutrient source of the microorganisms fixed to the anode electrode 11 can be continuously supplied. Thus, in the aerobic tank 3, the pH can be adjusted without introducing chemicals. Moreover, the organic substance in to-be-processed water can be utilized as a nutrient source of microorganisms required in order to make the microbial fuel cell 1 function.

本実施形態においても、微生物燃料電池1の外部抵抗16を調節することにより、OHの生成量を調整することができ、任意選択的に、好気槽3にpH測定のための装置を設け、測定結果に応じて、OHの生成量を調整することができる。 Also in the present embodiment, by adjusting the external resistance 16 of the microbial fuel cell 1, the amount of OH produced can be adjusted, and optionally, an aerobic tank 3 is provided with a device for measuring pH. Depending on the measurement result, the production amount of OH can be adjusted.

本発明の第2実施形態に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、微生物燃料電池1を嫌気槽2とは独立した構成としても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アノード、カソード等のメンテナンスや交換が容易となる。さらに、嫌気槽に流入する前の被処理水をアノード領域へ直接送液する態様とすることでアノード領域に雑菌が入りにくい構造とすることができる。   According to the waste water treatment system and waste water treatment method according to the second embodiment of the present invention, even if the microbial fuel cell 1 is configured independently of the anaerobic tank 2, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, maintenance and replacement of the anode, cathode, etc. are facilitated. Furthermore, it can be set as the structure where a microbe does not enter into an anode area | region by setting it as the aspect which sends liquid to be treated before flowing into an anaerobic tank directly to an anode area | region.

[第3実施形態]
本発明は、第3実施形態によれば、排水処理システムであって、嫌気槽と、無酸素槽と、好気槽と、沈殿槽5と、嫌気槽内部に設けられた微生物燃料電池とから主として構成される。
[Third Embodiment]
The present invention is a wastewater treatment system according to the third embodiment, comprising an anaerobic tank, an oxygen-free tank, an aerobic tank, a sedimentation tank 5, and a microbial fuel cell provided inside the anaerobic tank. Mainly composed.

図3は、本実施形態による排水処理システムを概念的に示す図である。図3に示す排水処理システムは、嫌気・無酸素・好気法(以下、A2O法ともいう)による排水処理システムに基づき、嫌気槽2と、無酸素槽4と、好気槽3、沈殿槽5とを備えており、嫌気槽2内部に微生物燃料電池1を備えている。   FIG. 3 is a diagram conceptually showing the wastewater treatment system according to the present embodiment. The wastewater treatment system shown in FIG. 3 is based on a wastewater treatment system using an anaerobic / anoxic / aerobic method (hereinafter also referred to as A2O method), an anaerobic tank 2, an anaerobic tank 4, an aerobic tank 3, and a sedimentation tank. 5 and a microbial fuel cell 1 in the anaerobic tank 2.

嫌気槽2、好気槽3、及び沈殿槽5の構成については、第1実施形態において説明したとおりであり、ここでは説明を省略する。微生物燃料電池1の構成および、嫌気槽2内への設置態様も、第1実施形態において説明したのと同様とすることができる。無酸素槽4は、嫌気槽2と好気槽3との間に位置しており、嫌気槽2からの被処理水が流入(L)する処理槽である。無酸素槽4では、被処理水中の硝酸または亜硝酸を還元して、窒素を生成する脱窒工程が行われる。無酸素槽4には、好気槽3の硝化液が返送(L)される。 About the structure of the anaerobic tank 2, the aerobic tank 3, and the sedimentation tank 5, it is as having demonstrated in 1st Embodiment, and abbreviate | omits description here. The configuration of the microbial fuel cell 1 and the manner of installation in the anaerobic tank 2 can be the same as described in the first embodiment. The anaerobic tank 4 is located between the anaerobic tank 2 and the aerobic tank 3, and is a processing tank into which treated water from the anaerobic tank 2 flows (L 4 ). In the anaerobic tank 4, a denitrification step is performed in which nitric acid or nitrous acid in the water to be treated is reduced to generate nitrogen. The nitrification solution from the aerobic tank 3 is returned to the anaerobic tank 4 (L 8 ).

本実施形態においても、好気槽3から微生物燃料電池1のカソード領域15への硝化液を送る(L31)構成については、第1、第2実施形態と同様である。一方、微生物燃料電池1のカソード液は、好気槽3に送られる(L32)。嫌気槽2にアノード電極が直接浸漬され、アノード電極と被処理水が接触可能に構成されるか、あるいは嫌気槽2にアノード領域が画定されている場合には微生物燃料電池1のアノード領域12への被処理水の流れ(L33)、アノード領域12にあるアノード液の嫌気槽2への流れ(L34)を形成する点については、第1実施形態と同様である。なお、第1実施形態において説明したように、アノード電極を嫌気槽2に直接浸漬させる場合は、流れL33及び流れL34は不要である。このような被処理水の流れにより、アルカリ度が減少する好気槽3にカソード領域で生成されたアルカリ成分を供給することができ、好気槽3を好適なpH領域に調整することができる。また、アノード電極11は有機物が豊富な被処理水と十分に接触可能な態様で配設されるため、アノード電極11に固定された微生物の栄養源を補給し続けることができる。そして、第1、第2実施形態と同様に、好気槽3においては、化学薬品を投入することなくpHの調整を行うことができる。また微生物燃料電池1を機能させるのに必要な微生物の栄養源として、被処理水中の有機物を利用することができる。 Also in the present embodiment, the configuration for sending the nitrification liquid from the aerobic tank 3 to the cathode region 15 of the microbial fuel cell 1 (L 31 ) is the same as in the first and second embodiments. On the other hand, the catholyte of the microbial fuel cell 1 is sent to the aerobic tank 3 (L 32 ). When the anode electrode is directly immersed in the anaerobic tank 2 and the anode electrode and the water to be treated are configured to come into contact with each other, or when the anode area is defined in the anaerobic tank 2, the process proceeds to the anode area 12 of the microbial fuel cell 1. treatment water flow (L 33), the points forming the flow to the anaerobic tank 2 of the anolyte in the anode region 12 (L 34) is the same as in the first embodiment. As described in the first embodiment, when the anode electrode is directly immersed in the anaerobic tank 2, the flow L 33 and the flow L 34 are not necessary. By such a flow of water to be treated, the alkaline component generated in the cathode region can be supplied to the aerobic tank 3 in which the alkalinity decreases, and the aerobic tank 3 can be adjusted to a suitable pH region. . In addition, since the anode electrode 11 is disposed in such a manner that it can be sufficiently brought into contact with the water to be treated rich in organic matter, it is possible to continue supplying the nutrient source of the microorganisms fixed to the anode electrode 11. And similarly to 1st, 2nd embodiment, in the aerobic tank 3, pH can be adjusted, without throwing in a chemical. Moreover, the organic substance in to-be-processed water can be utilized as a nutrient source of microorganisms required in order to make the microbial fuel cell 1 function.

本実施形態の変形形態として、カソード液を好気槽3に送るのに代えて、あるいはこれに加えて、カソード液を無酸素槽4に送る態様も本発明に含まれる。無酸素槽4では、アルカリ成分を消費することはない。したがって、カソード電極で生成されたアルカリ成分が無酸素槽4に送られ、被処理水の流れ(L)とともに、好気槽3に送られて、好気槽3のアルカリ度を調整することができる。 As a modification of the present embodiment, a mode in which the catholyte is sent to the anaerobic tank 4 instead of or in addition to sending the catholyte to the aerobic tank 3 is also included in the present invention. In the anaerobic tank 4, the alkali component is not consumed. Accordingly, alkaline components generated at the cathode electrode is sent to the anoxic tank 4, with the flow of the water to be treated (L 5), it is sent to the aerobic tank 3, by adjusting the alkalinity of the aerobic tank 3 Can do.

本実施形態においても、外部抵抗を調節することにより、OHの生成量を調整することができ、任意選択的に、好気槽3にpH測定のための装置を設け、測定結果に応じて、OHの生成量を調整することができる。 Also in this embodiment, the amount of OH produced can be adjusted by adjusting the external resistance. Optionally, a device for pH measurement is provided in the aerobic tank 3, depending on the measurement result. , OH production amount can be adjusted.

本発明の第3実施形態に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、嫌気槽2内に微生物燃料電池1を設置することで、従来のA2O法による排水処理システム及びその被処理液を利用して、化学薬品を用いることなく、アルカリ成分を供給することができる。また、嫌気槽に放出されたリンは、微生物燃料電池のイオン透過性隔膜を透過して、好気槽へ濃縮されたリンが送液される。このため、好気槽内の微生物がリンを取り込みやすくなり、リン除去率が向上するといった利点も得られる。   According to the waste water treatment system and waste water treatment method according to the third embodiment of the present invention, the microbial fuel cell 1 is installed in the anaerobic tank 2 to use the conventional waste water treatment system by the A2O method and the liquid to be treated. Thus, the alkali component can be supplied without using chemicals. Moreover, the phosphorus released into the anaerobic tank permeates the ion permeable membrane of the microbial fuel cell, and the concentrated phosphorus is sent to the aerobic tank. For this reason, the microbe in an aerobic tank becomes easy to take in phosphorus, and the advantage that a phosphorus removal rate improves is also acquired.

[第4実施形態]
本発明は、第4実施形態によれば、排水処理システムであって、嫌気槽と、無酸素槽と、好気槽と、沈殿槽と、嫌気槽、無酸素槽および好気槽とは独立して設けられた微生物燃料電池とから主として構成される。
[Fourth Embodiment]
The present invention is a wastewater treatment system according to the fourth embodiment, and is independent of an anaerobic tank, an anaerobic tank, an aerobic tank, a precipitation tank, an anaerobic tank, an anaerobic tank, and an aerobic tank. And a microbial fuel cell provided as a main component.

図4は、本実施形態による排水処理システムを概念的に示す図である。図4に示す排水処理システムは、嫌気・無酸素・好気法(以下、A2O法ともいう)による排水処理システムに基づき、嫌気槽2と、無酸素槽4と、好気槽3と、沈殿槽5を備えており、これらの外部に微生物燃料電池1を備えている。   FIG. 4 is a diagram conceptually showing the wastewater treatment system according to the present embodiment. The wastewater treatment system shown in FIG. 4 is based on a wastewater treatment system using an anaerobic / anoxic / aerobic method (hereinafter also referred to as A2O method), an anaerobic tank 2, an anaerobic tank 4, an aerobic tank 3, and a sedimentation system. A tank 5 is provided, and a microbial fuel cell 1 is provided outside the tank 5.

嫌気槽2、無酸素槽4、好気槽3、沈殿槽5の構成については、第3実施形態において説明したとおりである。また嫌気槽2とは独立して設けられる微生物燃料電池1の構成は、第2実施形態において説明したとおりである。   About the structure of the anaerobic tank 2, the anoxic tank 4, the aerobic tank 3, and the sedimentation tank 5, it is as having demonstrated in 3rd Embodiment. The configuration of the microbial fuel cell 1 provided independently of the anaerobic tank 2 is as described in the second embodiment.

本実施形態においても、好気槽3から微生物燃料電池1のカソード領域15への硝化液を送る(L41)構成については、第1〜第3実施形態と同様である。一方、微生物燃料電池1のカソード液は、好気槽3に送られる(L42)点は、第3実施形態と同様である。嫌気槽2に流入する前の被処理水から微生物燃料電池1のアノード領域12への被処理水の流れ(L43)、アノード領域12にあるアノード液の嫌気槽2への流れ(L44)については、第2実施形態と同様である。このような被処理水の流れにより、第3実施形態と同様に、好気槽3のpHの低下を防ぎ、好適なpH領域に調整することができる。また、微生物燃料電池1のアノード領域12には、有機物が豊富な被処理水が供給されるため、アノード電極11に固定された微生物の栄養源を補給し続けることができる。そして、第1〜第3実施形態と同様に、好気槽3においては、化学薬品を投入することなくpHの調整を行うことができる。また微生物燃料電池1を機能させるのに必要な微生物の栄養源として、被処理水中の有機物を利用することができる。 Also in the present embodiment, the configuration for sending the nitrification liquid from the aerobic tank 3 to the cathode region 15 of the microbial fuel cell 1 (L 41 ) is the same as in the first to third embodiments. On the other hand, the catholyte of the microbial fuel cell 1 is sent to the aerobic tank 3 (L 42 ) as in the third embodiment. Flow of the water to be treated from the water to be treated before flowing into the anaerobic tank 2 to the anode region 12 of the microbial fuel cell 1 (L 43 ), flow of the anolyte in the anode region 12 to the anaerobic tank 2 (L 44 ) Is the same as in the second embodiment. Such a flow of water to be treated can prevent the pH of the aerobic tank 3 from being lowered and can be adjusted to a suitable pH region as in the third embodiment. In addition, since the treated water rich in organic matter is supplied to the anode region 12 of the microbial fuel cell 1, the nutrient source of the microorganisms fixed to the anode electrode 11 can be continuously supplied. And similarly to the 1st-3rd embodiment, in the aerobic tank 3, pH can be adjusted, without throwing in a chemical. Moreover, the organic substance in to-be-processed water can be utilized as a nutrient source of microorganisms required in order to make the microbial fuel cell 1 function.

本実施形態においても、嫌気槽2に流入する前の被処理水を直接、微生物燃料電池1のアノード領域12に送る(L43)態様に代えて、嫌気槽2の被処理水をアノード領域12に送ってもよい。また、カソード液を、好気槽3に送る(L42)態様に代えて、あるいはこれに加えて、カソード液を無酸素槽4に送る態様としてもよい。これらの態様であっても、同様の効果を得ることができる。 Also in this embodiment, the treated water before flowing into the anaerobic tank 2 is directly sent to the anode region 12 of the microbial fuel cell 1 (L 43 ), and the treated water in the anaerobic tank 2 is sent to the anode region 12. May be sent to Further, the cathode solution in place of the (L 42) manner to send to the aerobic tank 3, or in addition, the catholyte may be manner to send to the anoxic tank 4. Even in these embodiments, similar effects can be obtained.

本実施形態においても、外部抵抗を調節することにより、OHの生成量を調整することができ、任意選択的に、好気槽3にpH測定のための装置を設け、測定結果に応じて、OHの生成量を調整することができる。 Also in this embodiment, the amount of OH produced can be adjusted by adjusting the external resistance. Optionally, a device for pH measurement is provided in the aerobic tank 3, depending on the measurement result. , OH production amount can be adjusted.

本発明の第4実施形態に係る排水処理システム及び排水処理方法によれば、微生物燃料電池1を嫌気槽2とは独立した構成としても、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アノード、カソード等のメンテナンスや交換が容易となる。さらに、アノード領域へ被処理水を直接送液する態様とすることでアノード領域に雑菌が入りにくい構造とすることができるといった利点も得られる。   According to the waste water treatment system and waste water treatment method according to the fourth embodiment of the present invention, even if the microbial fuel cell 1 is configured independently of the anaerobic tank 2, the same effects as those of the third embodiment can be obtained. In addition, maintenance and replacement of the anode, cathode, etc. are facilitated. Further, by adopting a mode in which the water to be treated is directly fed to the anode region, there can be obtained an advantage that a structure in which various bacteria are difficult to enter the anode region can be obtained.

以下、本発明を、以下の実験例を参照してより詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following experimental examples. However, the present invention is not limited to the following experimental examples.

図5に示す試験装置を組み立て、微生物燃料電池におけるOHの生成と本発明に係る硝化脱窒式排水処理システムについて検証した。この試験装置は、嫌気槽の模擬のアノード槽12と、カソード槽15と、好気槽3の模擬の曝気槽31からなる。アノード槽12には電子を取り出すアノード電極11を配した。カソード槽15にはアノード槽と隔てる隔膜13と電子と酸素とHを反応させるカソード電極14を配した。電流調整のためにアノード電極11とカソード電極14を接続する外部回路には抵抗16を繋いだ。好気槽3の模擬の曝気槽31には、曝気装置32と溶液循環のための循環ポンプ33、34を配した。 The test apparatus shown in FIG. 5 was assembled, and the production of OH in the microbial fuel cell and the nitrification / denitrification wastewater treatment system according to the present invention were verified. This test apparatus includes a simulated anode tank 12 for an anaerobic tank, a cathode tank 15, and a simulated aeration tank 31 for the aerobic tank 3. The anode tank 12 was provided with an anode electrode 11 for taking out electrons. The cathode tank 15 is provided with a diaphragm 13 separating from the anode tank and a cathode electrode 14 for reacting electrons, oxygen and H + . A resistor 16 was connected to an external circuit connecting the anode electrode 11 and the cathode electrode 14 for current adjustment. The simulated aeration tank 31 of the aerobic tank 3 is provided with an aeration device 32 and circulation pumps 33 and 34 for solution circulation.

この試験装置を用いて、アルカリ成分の生成量と回路電流の関係を確認するために、カソード槽15と曝気槽31の循環溶液のpH変化と回路電流の関係を調べた。循環溶液は、酸性の自動車排水(pH3.63、体積0.4L)を用いた。電流は、電圧計を使って外部抵抗の電圧を測ることにより計算した。また、pH計を使って循環液のpHを測定した、pHが7になった時点で試験を終了した。結果を、図6のグラフに示す。   Using this test apparatus, in order to confirm the relationship between the production amount of the alkali component and the circuit current, the relationship between the pH change of the circulating solution in the cathode tank 15 and the aeration tank 31 and the circuit current was examined. As the circulating solution, acidic automobile wastewater (pH 3.63, volume 0.4 L) was used. The current was calculated by measuring the voltage of the external resistance using a voltmeter. Further, the pH of the circulating fluid was measured using a pH meter, and the test was terminated when the pH reached 7. The results are shown in the graph of FIG.

次に、電流のデータから実験期間の電荷量を計算した。また、第1実施形態において示したカソードの反応式により、生成するOHの量の理論値を算出した。一方、水酸化ナトリウムを用い、同じ量の酸性自動車排水(pH3.63、体積0.4L)をpH7まで調整し、消費した水酸化ナトリウム量から、中和に必要なOHの量を算出した。このOHの量はカソード反応から実際に生成するOHの量と同量である。 Next, the charge amount during the experiment was calculated from the current data. Further, the theoretical value of the amount of OH produced was calculated from the reaction formula of the cathode shown in the first embodiment. On the other hand, using sodium hydroxide, the same amount of acidic automobile wastewater (pH 3.63, volume 0.4 L) was adjusted to pH 7, and the amount of OH necessary for neutralization was calculated from the amount of sodium hydroxide consumed. . The OH - amount of OH actually generated from the cathode reaction - is the same amount of.

図7のグラフに示すように、電荷量から試算したOHの生成量の理論値が3.75mmolであったのに対し、実際に生成したOHの量は3.54mmolであった。OHの生成量の理論値に対する、実際に生成したOHの量の割合はアルカリ成分生成効率と呼ばれ、本試験によるアルカリ成分生成効率は、94.4%であった。この結果から、OHの生成量の理論値と実験値がほぼ同じであることから、外部抵抗を調整することでOHの生成量を制御できることが分かる。このことから、本発明のシステムを用いることで、別途、化学薬品由来のOHを供給しなくても良いと考えられる。 As shown in the graph of FIG. 7, the theoretical value of the amount of OH generated from the charge amount was 3.75 mmol, whereas the amount of OH actually generated was 3.54 mmol. OH - to the theoretical value of the amount of actually generated OH - proportions of are called alkali component generating efficiency, the alkali component generating efficiency by this study was 94.4%. From this result, since the theoretical value and the experimental value of the amount of OH produced are almost the same, it can be seen that the amount of OH produced can be controlled by adjusting the external resistance. From this, it is considered that by using the system of the present invention, it is not necessary to separately supply chemical-derived OH .

1 微生物燃料電池
11 アノード電極
12 アノード領域(アノード電極を有する領域)
13 イオン透過性隔膜
14 カソード電極
15 カソード領域
16 外部抵抗
2 嫌気槽
3 好気槽
4 無酸素槽
5 沈殿槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microbial fuel cell 11 Anode electrode 12 Anode area | region (area | region which has an anode electrode)
13 Ion-permeable membrane 14 Cathode electrode 15 Cathode region 16 External resistance 2 Anaerobic tank 3 Aerobic tank 4 Oxygen-free tank 5 Precipitation tank

Claims (10)

嫌気槽と、好気槽と、微生物燃料電池を少なくとも含んでなる硝化脱窒式排水処理システムであって、
前記微生物燃料電池が、電気生成微生物を固定したアノード電極と、カソード電極を備えるカソード領域と、前記アノード電極を有する領域と前記カソード領域とを隔てるイオン透過性隔膜とを備え、
前記好気槽に前記カソード領域で生成するOHが供給され、前記カソード領域に前記好気槽の硝化液が供給されるシステム。
A nitrification denitrification wastewater treatment system comprising at least an anaerobic tank, an aerobic tank, and a microbial fuel cell,
The microbial fuel cell includes an anode electrode on which an electrogenic microorganism is fixed, a cathode region having a cathode electrode, and an ion-permeable diaphragm that separates the region having the anode electrode and the cathode region,
A system in which OH generated in the cathode region is supplied to the aerobic tank, and a nitrating solution of the aerobic tank is supplied to the cathode region.
前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽内部に設けられ、
前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段を備える請求項1に記載の硝化脱窒式排水処理システム。
The microbial fuel cell is provided inside the anaerobic tank,
The nitrification denitrification waste water treatment system according to claim 1, further comprising means for sending a nitrification solution from the aerobic tank to the cathode region.
前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽及び好気槽の外部に設けられ、
前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽にカソード液を送る手段と、
前記アノード電極を有する領域に被処理水を送る手段と、前記アノード電極を有する領域から前記嫌気槽にアノード液を送る手段とを備える請求項1に記載の硝化脱窒式排水処理システム。
The microbial fuel cell is provided outside the anaerobic tank and aerobic tank,
Means for sending a nitrating solution from the aerobic tank to the cathode region; means for sending a catholyte from the cathode region to the aerobic tank;
2. The nitrification / denitrification wastewater treatment system according to claim 1, further comprising: means for sending the water to be treated to the area having the anode electrode; and means for sending the anolyte from the area having the anode electrode to the anaerobic tank.
前記嫌気槽と、前記好気槽との間にさらに無酸素槽を備え、
前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽内部に設けられ、
前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽または無酸素槽へカソード液を送る手段とを備える請求項1に記載の硝化脱窒式排水処理システム。
An anaerobic tank is further provided between the anaerobic tank and the aerobic tank,
The microbial fuel cell is provided inside the anaerobic tank,
2. The nitrification / denitrification wastewater treatment system according to claim 1, comprising: means for sending a nitrating solution from the aerobic tank to the cathode region; and means for sending a catholyte from the cathode region to the aerobic tank or an oxygen-free tank. .
前記嫌気槽と、前記好気槽との間にさらに無酸素槽を備え、
前記微生物燃料電池が、前記嫌気槽、好気槽及び無酸素槽の外部に設けられ、
前記好気槽から前記カソード領域に硝化液を送る手段と、前記カソード領域から前記好気槽または無酸素槽にカソード液を送る手段と、
前記アノード電極を有する領域に被処理水を送る手段と、前記アノード電極を有する領域から前記嫌気槽にアノード液を送る手段とを備える請求項1に記載の硝化脱窒式排水処理システム。
An anaerobic tank is further provided between the anaerobic tank and the aerobic tank,
The microbial fuel cell is provided outside the anaerobic tank, aerobic tank and anoxic tank,
Means for sending nitrification liquid from the aerobic tank to the cathode region; means for sending catholyte from the cathode region to the aerobic or anoxic tank;
2. The nitrification / denitrification wastewater treatment system according to claim 1, further comprising: means for sending the water to be treated to the area having the anode electrode; and means for sending the anolyte from the area having the anode electrode to the anaerobic tank.
前記アノード電極が、前記嫌気槽内部の被処理水に浸漬される、請求項2または4に記載の硝化脱窒式排水処理システム。   The nitrification denitrification wastewater treatment system according to claim 2 or 4, wherein the anode electrode is immersed in water to be treated inside the anaerobic tank. 前記アノード電極を有する領域に被処理水を送る手段が、前記嫌気槽内部を経由する、請求項3または5に記載の硝化脱窒式排水処理システム。   The nitrification denitrification wastewater treatment system according to claim 3 or 5, wherein means for sending the water to be treated to the region having the anode electrode passes through the inside of the anaerobic tank. 前記微生物燃料電池が、前記アノード電極と前記カソード電極とを接続する電気回路中に、取り換え可能な外部抵抗、もしくは可変外部抵抗を備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の硝化脱窒式排水処理システム。   8. The nitrification / denitrification according to claim 1, wherein the microbial fuel cell has a replaceable external resistance or a variable external resistance in an electric circuit connecting the anode electrode and the cathode electrode. 9. Nitrogen wastewater treatment system. 被処理水中の硝酸または亜硝酸を還元して、窒素を生成する脱窒工程と、
被処理水中のアンモニウム化合物を、硝化菌により硝酸または亜硝酸にする硝化工程と、
微生物燃料電池のカソードにおいてOHを生成するアルカリ生成工程と
を少なくとも含んでなる硝化脱窒式排水処理方法であって、
前記硝化工程に、前記アルカリ生成工程で得られるOHを添加し、前記硝化工程における硝化液を前記微生物燃料電池のカソードに供給する、硝化脱窒式排水処理方法。
A denitrification step of reducing nitric acid or nitrous acid in the water to be treated to generate nitrogen;
A nitrification step of converting ammonium compounds in the water to be treated into nitric acid or nitrite by nitrifying bacteria,
A nitrification denitrification wastewater treatment method comprising at least an alkali production step of producing OH at a cathode of a microbial fuel cell,
A nitrification denitrification wastewater treatment method, wherein OH obtained in the alkali generation step is added to the nitrification step, and the nitrification liquid in the nitrification step is supplied to the cathode of the microbial fuel cell.
前記アルカリ生成工程におけるOHの生成量を、前記微生物燃料電池の外部抵抗を変化させることにより調整する、請求項9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the amount of OH produced in the alkali production step is adjusted by changing an external resistance of the microbial fuel cell.
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