JP2019076833A - Liquid treatment system - Google Patents

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直毅 吉川
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直毅 吉川
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Abstract

To provide a liquid treatment system capable of accelerating propagation of microorganisms and enhancing design freedom.SOLUTION: Liquid treatment systems 100, 100A include a treatment tank 70 for holding a liquid 60 to be treated containing organic substances, one or more electrode units 1 provided in an inside of the treatment tank and including a cathode 10 reducing oxygen, and expanded graphite particles 20 which are provided in the inside of the treatment tank and electrically connected to the cathode and which are carried thereon with microorganisms; and at least a part of the liquid 60 to be treated flowing into the treatment tank 70 passes through an inside of the expanded graphite particles 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液体処理システムに関する。詳細には本発明は、廃水を浄化し、かつ、電気エネルギーを生成することが可能な微生物燃料電池を用いた液体処理システムに関する。   The present invention relates to liquid processing systems. In particular, the present invention relates to a liquid treatment system using a microbial fuel cell capable of purifying wastewater and producing electrical energy.

近年、持続可能なエネルギーとして、バイオマスを利用して発電をする微生物燃料電池が注目されている。微生物燃料電池は、生活廃水や工場廃水に含まれる有機性物質や窒素含有化合物の化学エネルギーを電気エネルギーに変換しつつ、有機性物質や窒素含有化合物を酸化分解して処理する廃水処理装置である。そして、微生物燃料電池は、汚泥の発生が少なく、さらにエネルギー消費が少ない特徴を有する。   In recent years, microbial fuel cells that generate electricity using biomass have attracted attention as sustainable energy. A microbial fuel cell is a wastewater treatment device that oxidizes and processes organic substances and nitrogen-containing compounds while converting the chemical energy of organic substances and nitrogen-containing compounds contained in domestic wastewater and industrial wastewater into electrical energy. . And a microbial fuel cell has the characteristics of little generation | occurence | production of a sludge, and also energy consumption is small.

微生物燃料電池は、微生物を担持する負極と、酸素を含む気相及び電解液に接触する正極とを有する。そして、有機性物質などを含有する電解液を負極に供給するとともに、酸素を含んだ気体を正極に供給する。負極及び正極は、負荷回路を介して相互に接続することにより閉回路を形成する。負極では、微生物の触媒作用により電解液から水素イオン及び電子を生成する。そして、生成した水素イオンは正極へ移動し、電子は負荷回路を介して正極へ移動する。負極から移動した水素イオン及び電子は正極において酸素と結合し、水となって消費される。その際に、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。   A microbial fuel cell has a negative electrode carrying a microorganism, and a positive electrode in contact with a gas phase containing oxygen and an electrolytic solution. And while supplying the electrolyte solution containing an organic substance etc. to a negative electrode, the gas containing oxygen is supplied to a positive electrode. The negative electrode and the positive electrode form a closed circuit by being connected to each other through a load circuit. At the negative electrode, hydrogen ions and electrons are generated from the electrolytic solution by the catalytic action of microorganisms. Then, the generated hydrogen ions move to the positive electrode, and the electrons move to the positive electrode through the load circuit. The hydrogen ions and electrons transferred from the negative electrode combine with oxygen at the positive electrode to be consumed as water. At that time, the electrical energy flowing to the closed circuit is recovered.

従来の微生物燃料電池としては、直径が1.5mm〜5mmであり、微生物(電流生成菌)が付着した粒子状黒鉛をアノードとし、フェリシアン化物水溶液をカソードとした微生物燃料電池が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。そして、非特許文献1において、粒子状黒鉛は筒状容器の内部に充填され、さらに、筒状容器の内部には、電解液が連続的に供給されることが開示されている。   As a conventional microbial fuel cell, there is disclosed a microbial fuel cell having a diameter of 1.5 mm to 5 mm and using particulate graphite to which a microorganism (current producing bacteria) is attached as an anode and a ferricyanide aqueous solution as a cathode. (For example, refer to nonpatent literature 1). In Non-Patent Document 1, it is disclosed that particulate graphite is filled in the inside of a cylindrical container, and furthermore, an electrolytic solution is continuously supplied to the inside of the cylindrical container.

Korneel Rabaey et al., “Tubular Microbial Fuel Cells for Efficient Electricity Generation”, Environmental Science & Technology, 2005, 39 (20), pp 8077-8082Korneel Rabaey et al., “Tubular Microbial Fuel Cells for Efficient Electricity Generation”, Environmental Science & Technology, 2005, 39 (20), pp 8077-8082

しかしながら、非特許文献1の微生物燃料電池で使用されている粒子状黒鉛は、比表面積が817〜2720m/mと小さい。そのため、粒子状黒鉛は微生物が付着するサイトが少なく、微生物の増殖が進行し難いという問題があった。また、粒子状黒鉛の間の接触抵抗を低減するためには、筒状容器の内部に粒子状黒鉛を密にパッキングする必要がある。そのため、筒状容器や外壁等を用い、粒子状黒鉛に対して常に外圧負荷を掛ける必要があることから、微生物燃料電池の設計自由度が制限されるという問題があった。 However, the particulate graphite used in the microbial fuel cell of Non-Patent Document 1 has a small specific surface area of 817 to 2720 m 2 / m 3 . Therefore, there are few sites to which microorganisms adhere to particulate graphite, and there is a problem that growth of microorganisms is difficult to progress. Moreover, in order to reduce the contact resistance between the particulate graphite, it is necessary to closely pack the particulate graphite inside the cylindrical container. Therefore, since it is necessary to always apply external pressure load to particulate graphite using a cylindrical container, an outer wall, etc., there existed a problem that the design freedom of a microbial fuel cell was restricted.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、微生物の増殖を促進し、さらに設計自由度を向上させることが可能な液体処理システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems of the prior art. And the object of the present invention is to provide a liquid processing system capable of promoting the growth of microorganisms and further improving the freedom of design.

上記課題を解決するために、本発明の態様に係る液体処理システムは、有機性物質を含む被処理液を保持する処理槽と、処理槽の内部に設けられ、酸素を還元する正極を備える、一又は二以上の電極ユニットと、処理槽の内部に設けられ、正極と電気的に接続し、さらに微生物を担持する膨張黒鉛粒子群と、を備える。そして、処理槽に流入した被処理液の少なくとも一部が、膨張黒鉛粒子群の内部を通過する。   In order to solve the above problems, a liquid processing system according to an aspect of the present invention includes a processing tank that holds a liquid to be processed including an organic substance, and a positive electrode that is provided inside the processing tank and reduces oxygen. And one or more electrode units, and an expanded graphite particle group provided inside the processing tank, electrically connected to the positive electrode, and further supporting a microorganism. Then, at least a part of the liquid to be treated that has flowed into the treatment tank passes through the inside of the expanded graphite particle group.

本発明によれば、微生物の増殖を促進し、さらに設計自由度を向上させることが可能な液体処理システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a liquid processing system capable of promoting the growth of microorganisms and further improving the freedom of design.

本発明の実施形態に係る液体処理システムの一例を示す概略斜視図である。1 is a schematic perspective view showing an example of a liquid processing system according to an embodiment of the present invention. 図1中のA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA in FIG. 本発明の実施形態に係る液体処理システムの一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the liquid processing system which concerns on embodiment of this invention. 液体処理システムにおける電極ユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the electrode unit in a liquid processing system. 膨張黒鉛粒子群の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of an expanded graphite particle group. 本発明の実施形態に係る液体処理システムの他の例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the other example of the liquid processing system which concerns on embodiment of this invention. 図6中のB−B線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the BB line in FIG. 図6中のC−C線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the C-C line in FIG. 実施例の液体処理システムにおける定常出力及び全有機体炭素処理率(TOC処理率)と稼働日数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the steady-state output in the liquid processing system of an Example, a total organic carbon processing rate (TOC processing rate), and the operation days. 比較例の液体処理システムにおける定常出力及び全有機体炭素処理率と稼働日数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the steady-state output in the liquid processing system of a comparative example and an all-organic carbon treatment rate, and the number of days in operation.

以下、本実施形態に係る液体処理システムについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, the liquid processing system according to the present embodiment will be described in detail. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the convenience of description, and may differ from the actual ratios.

本実施形態に係る液体処理システム100は、図1に示すように、正極10を有する電極ユニット1と、正極10と電気的に接続し、さらに負極として作用する膨張黒鉛粒子群20とを備えている。また、液体処理システム100は、有機性物質を含む被処理液60を内部に保持し、さらに電極ユニット1及び膨張黒鉛粒子群20が被処理液60に浸漬するように配置される処理槽70を備えている。   As shown in FIG. 1, the liquid processing system 100 according to the present embodiment includes an electrode unit 1 having a positive electrode 10, and an expanded graphite particle group 20 electrically connected to the positive electrode 10 and acting as a negative electrode. There is. In addition, the liquid processing system 100 holds the liquid to be treated 60 containing an organic substance inside, and further the treatment tank 70 arranged so as to immerse the electrode unit 1 and the expanded graphite particle group 20 in the liquid to be treated 60. Have.

[電極ユニット]
電極ユニット1は、図1〜図3に示すように、正極10及びイオン移動層30からなる電極接合体40を備えている。電極ユニット1では、イオン移動層30の面30bに正極10が接触するように配置されている。そして、正極10のガス拡散層12がイオン移動層30と接触し、撥水層11が気相2側に露出している。また、イオン移動層30における面30bと反対側の面30aに、膨張黒鉛粒子群20が接触するように配置されている。
[Electrode unit]
The electrode unit 1 is equipped with the electrode assembly 40 which consists of the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30, as shown in FIGS. In the electrode unit 1, the positive electrode 10 is disposed in contact with the surface 30 b of the ion transfer layer 30. The gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 is in contact with the ion transfer layer 30, and the water repellent layer 11 is exposed to the gas phase 2 side. The expanded graphite particle group 20 is disposed in contact with the surface 30 a of the ion transfer layer 30 opposite to the surface 30 b.

図4に示すように、電極接合体40は、カセット基材50に積層されている。カセット基材50は、正極10における面10aの外周部に沿うU字状の枠部材であり、上部が開口している。つまり、カセット基材50は、2本の第一柱状部材51の底面を第二柱状部材52で連結した枠部材である。そして、図2に示すように、カセット基材50の側面53は、正極10の面10aの外周部と接合されている。   As shown in FIG. 4, the electrode assembly 40 is stacked on the cassette base 50. The cassette base 50 is a U-shaped frame member along the outer peripheral portion of the surface 10 a of the positive electrode 10, and the upper portion is open. That is, the cassette base 50 is a frame member in which the bottom surfaces of the two first columnar members 51 are connected by the second columnar member 52. Then, as shown in FIG. 2, the side surface 53 of the cassette base 50 is joined to the outer peripheral portion of the surface 10 a of the positive electrode 10.

図2に示すように、二組の電極接合体40とカセット基材50とを積層してなる電極ユニット1は、大気と連通した気相2が形成されるように、処理槽70の内部に配置される。処理槽70の内部には廃水である被処理液60が保持されており、正極10のガス拡散層12及びイオン移動層30、並びに膨張黒鉛粒子群20は被処理液60に浸漬されている。   As shown in FIG. 2, an electrode unit 1 formed by laminating two sets of electrode assemblies 40 and a cassette base 50 is formed inside the processing tank 70 so that the gas phase 2 communicated with the atmosphere is formed. Be placed. A liquid to be treated 60, which is a waste water, is held inside the treatment tank 70, and the gas diffusion layer 12 and the ion transfer layer 30 of the positive electrode 10 and the expanded graphite particle group 20 are immersed in the liquid to be treated 60.

後述するように、正極10は撥水性を有する撥水層11を備えている。そのため、処理槽70の内部に保持された被処理液60とカセット基材50の内部とは隔てられ、電極接合体40及びカセット基材50により形成された内部空間は気相2となっている。そして、液体処理システム100では、この気相2が外気に開放されるか、あるいは気相2へ例えばポンプによって外部から空気が供給されるように構成されている。また、図2に示すように、正極10及び膨張黒鉛粒子群20は、それぞれ外部回路80と電気的に接続されている。   As described later, the positive electrode 10 is provided with a water repellent layer 11 having water repellency. Therefore, the liquid to be treated 60 held inside the treatment tank 70 and the inside of the cassette base 50 are separated, and the internal space formed by the electrode assembly 40 and the cassette base 50 is the gas phase 2 . Then, in the liquid processing system 100, the gas phase 2 is opened to the outside air, or air is supplied to the gas phase 2 from the outside by, for example, a pump. Further, as shown in FIG. 2, the positive electrode 10 and the expanded graphite particle group 20 are each electrically connected to the external circuit 80.

(正極)
本実施形態に係る正極10は、図2に示すように、撥水層11と、撥水層11に接触するように重ねられているガス拡散層12とを備えるガス拡散電極からなる。このような薄板状のガス拡散電極を用いることにより、気相2中の酸素を正極10中の触媒に容易に供給することが可能になる。
(Positive electrode)
As shown in FIG. 2, the positive electrode 10 according to the present embodiment is a gas diffusion electrode including a water repellent layer 11 and a gas diffusion layer 12 stacked so as to be in contact with the water repellent layer 11. By using such a thin plate-like gas diffusion electrode, it is possible to easily supply the oxygen in the gas phase 2 to the catalyst in the positive electrode 10.

<撥水層>
正極10における撥水層11は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層11は、電極ユニット1における電気化学系中の気相2と液相とを良好に分離しながら、気相2から液相へ向かう酸素の移動を許容するように構成される。つまり、撥水層11は、気相2中の酸素を透過してガス拡散層12へ移動させつつも、被処理液60が気相2側に移動することを抑制できる。なお、ここでいう「分離」とは、物理的に遮断することをいう。
<Water-repellent layer>
The water repellent layer 11 in the positive electrode 10 is a layer having both water repellency and oxygen permeability. The water repellent layer 11 is configured to allow the movement of oxygen from the gas phase 2 to the liquid phase while satisfactorily separating the gas phase 2 and the liquid phase in the electrochemical system in the electrode unit 1. That is, while the water repellent layer 11 allows oxygen in the gas phase 2 to permeate and move to the gas diffusion layer 12, the liquid 60 can be inhibited from moving to the gas phase 2 side. Here, “separation” means to physically shut off.

撥水層11は、酸素を含む気相2と接触しており、気相2中の酸素を拡散している。そして、撥水層11は、図2に示す構成では、ガス拡散層12に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層11は、当該酸素を拡散できるように多孔質体であることが好ましい。なお、撥水層11は撥水性を有するため、結露等により多孔質体の細孔が閉塞し、酸素の拡散性が低下することを抑制できる。また、撥水層11の内部に被処理液60が染み込み難いため、撥水層11における気相2と接触する面からガス拡散層12と対向する面にかけて、酸素を効率的に流通させることが可能となる。   The water repellent layer 11 is in contact with the gas phase 2 containing oxygen and diffuses the oxygen in the gas phase 2. The water repellent layer 11 supplies oxygen to the gas diffusion layer 12 substantially uniformly in the configuration shown in FIG. Therefore, it is preferable that the water repellent layer 11 be a porous body so that the oxygen can be diffused. In addition, since the water repellent layer 11 has water repellency, it is possible to prevent the pores of the porous body from being blocked by condensation or the like and the decrease in the diffusion of oxygen being suppressed. Further, since the liquid 60 to be treated is difficult to permeate into the water repellent layer 11, oxygen can be efficiently circulated from the surface of the water repellent layer 11 in contact with the gas phase 2 to the surface facing the gas diffusion layer 12. It becomes possible.

撥水層11は、シート状に形成されていることが好ましい。また、撥水層11を構成する材料は、撥水性を有し、気相2中の酸素を拡散できれば特に限定されない。撥水層11を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチルセルロース、ポリ−4−メチルペンテン−1、ブチルゴム及びポリジメチルシロキサン(PDMS)からなる群より選ばれる少なくとも一つを使用することができる。これらの材料は多孔質体を形成しやすく、さらに撥水性も高いため、細孔の閉塞を抑制してガス拡散性を向上させることができる。なお、撥水層11は、撥水層11及びガス拡散層12の積層方向Zに複数の貫通孔を有することが好ましい。   The water repellent layer 11 is preferably formed in a sheet shape. Further, the material constituting the water repellent layer 11 is not particularly limited as long as it has water repellency and oxygen in the gas phase 2 can be diffused. The material constituting the water repellent layer 11 is made of, for example, polyethylene, polypropylene, polybutadiene, nylon, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylcellulose, poly-4-methylpentene-1, butyl rubber and polydimethylsiloxane (PDMS). At least one selected from the group can be used. Since these materials easily form a porous body and also have high water repellency, it is possible to suppress clogging of pores and improve gas diffusivity. The water repellent layer 11 preferably has a plurality of through holes in the stacking direction Z of the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12.

撥水層11としては、例えば防水透湿シートを使用することができる。防水透湿シートとしては、例えば、積水化学工業株式会社製のセルポア(登録商標)、及び株式会社ニトムズ製のブレスロン(登録商標)を用いることができる。   As the water repellent layer 11, for example, a waterproof moisture permeable sheet can be used. As the waterproof moisture-permeable sheet, for example, Cellpore (registered trademark) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. and Breslon (registered trademark) manufactured by Nitoms Corporation can be used.

撥水層11は、撥水性を高めるために、必要に応じて撥水剤を用いて撥水処理を施してもよい。具体的には、撥水層11を構成する多孔質体にポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤を付着させ、撥水性を向上させてもよい。   The water repellent layer 11 may be subjected to a water repellent treatment using a water repellent, if necessary, in order to enhance the water repellency. Specifically, a water repellent agent such as polytetrafluoroethylene may be attached to the porous body constituting the water repellent layer 11 to improve the water repellency.

<ガス拡散層>
正極10におけるガス拡散層12は、多孔質な導電性材料と、この導電性材料に担持されている触媒とを備えることが好ましい。なお、ガス拡散層12が、多孔質かつ導電性を有する触媒から構成されてもよい。正極10にこのようなガス拡散層12を備えることで、後述する局部電池反応により生成した電子を触媒と外部回路80との間で導通させることが可能となる。つまり、後述するように、ガス拡散層12には触媒が担持されており、さらに触媒は酸素還元触媒である。そして、電子が外部回路80からガス拡散層12を通じて触媒に移動することにより、触媒によって、酸素、水素イオン及び電子による酸素還元反応を進行させることが可能となる。
<Gas diffusion layer>
The gas diffusion layer 12 in the positive electrode 10 preferably includes a porous conductive material and a catalyst supported on the conductive material. The gas diffusion layer 12 may be made of a porous and conductive catalyst. By providing such a gas diffusion layer 12 on the positive electrode 10, it becomes possible to conduct electrons generated by a local cell reaction described later between the catalyst and the external circuit 80. That is, as described later, a catalyst is supported on the gas diffusion layer 12, and the catalyst is an oxygen reduction catalyst. Then, the electrons move from the external circuit 80 to the catalyst through the gas diffusion layer 12 so that the catalyst can promote the oxygen reduction reaction by oxygen, hydrogen ions and electrons.

正極10では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層11及びガス拡散層12を効率よく透過し、触媒に供給されることが好ましい。そのため、ガス拡散層12は、撥水層11と対向する面から反対側の面にかけて、酸素が透過する細孔を多数有する多孔質体であることが好ましい。また、ガス拡散層12の形状は、三次元のメッシュ状であることが特に好ましい。このようなメッシュ状であることにより、ガス拡散層12に対し、高い酸素透過性及び導電性を付与することが可能となる。   In the positive electrode 10, in order to ensure stable performance, it is preferable that oxygen permeates the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12 efficiently and is supplied to the catalyst. Therefore, the gas diffusion layer 12 is preferably a porous body having a large number of pores through which oxygen can permeate from the surface facing the water repellent layer 11 to the surface on the opposite side. Further, the shape of the gas diffusion layer 12 is particularly preferably a three-dimensional mesh shape. With such a mesh shape, it is possible to impart high oxygen permeability and conductivity to the gas diffusion layer 12.

正極10において、ガス拡散層12に効率的に酸素を供給するために、撥水層11は、接着剤を介してガス拡散層12と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層12に対し、拡散した酸素が直接供給され、酸素還元反応を効率的に行うことができる。接着剤は、撥水層11とガス拡散層12との間の接着性を確保する観点から、撥水層11とガス拡散層12との間の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。ただ、撥水層11とガス拡散層12との間の接着性を高め、長期間に亘り安定的に酸素をガス拡散層12に供給する観点から、接着剤は撥水層11とガス拡散層12との間の全面に設けられていることがより好ましい。   In the positive electrode 10, in order to supply oxygen to the gas diffusion layer 12 efficiently, the water repellent layer 11 is preferably joined to the gas diffusion layer 12 via an adhesive. Thus, the diffused oxygen is directly supplied to the gas diffusion layer 12, and the oxygen reduction reaction can be efficiently performed. The adhesive is preferably provided at least in part between the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12 from the viewpoint of securing the adhesiveness between the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12. However, from the viewpoint of enhancing adhesion between the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12 and supplying oxygen to the gas diffusion layer 12 stably over a long period, the adhesive is the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer More preferably, it is provided on the entire surface between 12 and 12.

接着剤としては酸素透過性を有するものが好ましく、ポリメチルメタクリレート、メタクリル酸−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム及びシリコーンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む樹脂を用いることができる。   The adhesive is preferably one having oxygen permeability, and contains at least one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate, methacrylic acid-styrene copolymer, styrene-butadiene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber and silicone. Resin can be used.

ここで、本実施形態における正極10のガス拡散層12について、さらに詳しく説明する。上述のように、ガス拡散層12は、多孔質な導電性材料と、当該導電性材料に担持されている触媒とを備えるような構成とすることができる。   Here, the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 in the present embodiment will be described in more detail. As described above, the gas diffusion layer 12 can be configured to include a porous conductive material and a catalyst supported on the conductive material.

ガス拡散層12における導電性材料は、例えば炭素系物質、導電性ポリマー、半導体及び金属からなる群より選ばれる一種以上の材料から構成することができる。ここで、炭素系物質とは、炭素を構成成分とする物質をいう。炭素系物質の例としては、例えば、グラファイト、活性炭、カーボンブラック、バルカン(登録商標)XC−72R、アセチレンブラック、ファーネスブラック、デンカブラックなどのカーボンパウダー、グラファイトフェルト、カーボンウール、カーボン織布などのカーボンファイバー、カーボンプレート、カーボンペーパー、カーボンディスク、カーボンクロス、グラファイトホイル、炭素粒子を圧縮成形した炭素系材料が挙げられる。また、炭素系物質の例として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノクラスターのような微細構造物質も挙げられる。   The conductive material in the gas diffusion layer 12 can be made of, for example, one or more materials selected from the group consisting of carbon-based materials, conductive polymers, semiconductors, and metals. Here, the carbon-based substance refers to a substance having carbon as a component. Examples of carbon-based materials include, for example, graphite, activated carbon, carbon black, Vulcan (registered trademark) XC-72R, acetylene black, carbon powder such as furnace black and denka black, graphite felt, carbon wool, carbon woven fabric, etc. Carbon fiber, carbon plate, carbon paper, carbon disk, carbon cloth, graphite foil, carbon-based material obtained by compression molding of carbon particles can be mentioned. In addition, as an example of the carbon-based material, fine structure materials such as carbon nanotubes, carbon nanohorns, and carbon nanoclusters can also be mentioned.

導電性ポリマーとは、導電性を有する高分子化合物の総称である。導電性ポリマーとしては、例えば、アニリン、アミノフェノール、ジアミノフェノール、ピロール、チオフェン、パラフェニレン、フルオレン、フラン、アセチレン若しくはそれらの誘導体を構成単位とする単一モノマー又は二種以上のモノマーの重合体が挙げられる。具体的には、導電性ポリマーとして、例えば、ポリアニリン、ポリアミノフェノール、ポリジアミノフェノール、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリフルオレン、ポリフラン、ポリアセチレン等が挙げられる。金属製の導電性材料としては、例えば、ステンレスメッシュが挙げられる。入手の容易性、コスト、耐食性、耐久性等を考慮した場合、導電性材料は炭素系物質であることが好ましい。   The conductive polymer is a generic term for polymer compounds having conductivity. As the conductive polymer, for example, a single monomer or a polymer of two or more monomers having aniline, aminophenol, diaminophenol, pyrrole, thiophene, paraphenylene, fluorene, furan, acetylene or derivatives thereof as a constitutional unit It can be mentioned. Specifically, examples of the conductive polymer include polyaniline, polyaminophenol, polydiaminophenol, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, polyfluorene, polyfuran, polyacetylene and the like. As a metal conductive material, a stainless steel mesh is mentioned, for example. In consideration of availability, cost, corrosion resistance, durability and the like, the conductive material is preferably a carbon-based material.

導電性材料の形状は、粉末形状又は繊維形状であることが好ましい。また、導電性材料は、支持体に支持されていてもよい。支持体とは、それ自身が剛性を有し、ガス拡散電極に一定の形状を付与することのできる部材をいう。支持体は絶縁体であっても導電体であってもよい。支持体が絶縁体である場合、支持体としては、例えばガラス、プラスチック、合成ゴム、セラミックス、耐水又は撥水処理した紙、木片などの植物片、骨片、貝殻などの動物片等が挙げられる。多孔質構造の支持体としては、例えば多孔質セラミック、多孔質プラスチック、スポンジ等が挙げられる。支持体が導電体である場合、支持体としては、例えばカーボンペーパー、カーボンファイバー、炭素棒などの炭素系物質、金属、導電性ポリマー等が挙げられる。   The shape of the conductive material is preferably in the form of powder or fiber. In addition, the conductive material may be supported by a support. The support refers to a member which itself is rigid and can give the gas diffusion electrode a certain shape. The support may be an insulator or a conductor. When the support is an insulator, examples of the support include glass, plastic, synthetic rubber, ceramics, paper treated with water or water resistance, water repellent or water repellent, plant pieces such as wood pieces, bone pieces, animal pieces such as shells, etc. . Examples of the support having a porous structure include porous ceramic, porous plastic, sponge and the like. When the support is a conductor, examples of the support include carbon paper, carbon fibers, carbon-based materials such as carbon rods, metals, conductive polymers, and the like.

ガス拡散層12における触媒は、白金系触媒、鉄又はコバルトを用いた炭素系触媒、部分酸化したタンタル炭窒化物(TaCNO)及びジルコニウム炭窒化物(ZrCNO)等の遷移金属酸化物系触媒、タングステン又はモリブデンを用いた炭化物系触媒、活性炭等を用いることができる。   The catalyst in the gas diffusion layer 12 is a platinum-based catalyst, a carbon-based catalyst using iron or cobalt, a transition metal oxide-based catalyst such as partially oxidized tantalum carbonitride (TaCNO) or zirconium carbonitride (ZrCNO), tungsten Alternatively, a carbide-based catalyst using molybdenum, activated carbon or the like can be used.

ガス拡散層12における触媒は、金属原子がドープされている炭素系材料であることが好ましい。金属原子としては特に限定されないが、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属の原子であることが好ましい。この場合、炭素系材料が、特に酸素還元反応を促進させるための触媒として優れた性能を発揮する。炭素系材料が含有する金属原子の量は、炭素系材料が優れた触媒性能を有するように適宜設定すればよい。   The catalyst in the gas diffusion layer 12 is preferably a carbon-based material doped with metal atoms. The metal atom is not particularly limited, but titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium It is preferable that it is an atom of at least one metal selected from the group consisting of platinum and gold. In this case, the carbon-based material exhibits excellent performance as a catalyst for particularly promoting the oxygen reduction reaction. The amount of metal atoms contained in the carbon-based material may be appropriately set so that the carbon-based material has excellent catalytic performance.

炭素系材料には、更に窒素、ホウ素、硫黄及びリンから選択される一種以上の非金属原子がドープされていることが好ましい。炭素系材料にドープされている非金属原子の量も、炭素系材料が優れた触媒性能を有するように適宜設定すればよい。   The carbon-based material is preferably further doped with one or more nonmetallic atoms selected from nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. The amount of nonmetal atoms doped in the carbon-based material may also be appropriately set so that the carbon-based material has excellent catalytic performance.

炭素系材料は、例えばグラファイト及び無定形炭素等の炭素源原料をベースとし、この炭素源原料に金属原子と、窒素、ホウ素、硫黄及びリンから選択される一種以上の非金属原子とをドープすることで得られる。   The carbon-based material is based on a carbon source material such as graphite and amorphous carbon, and the carbon source material is doped with metal atoms and one or more nonmetal atoms selected from nitrogen, boron, sulfur and phosphorus It is obtained by

炭素系材料にドープされる金属原子と非金属原子との組み合わせは、適宜選択される。特に、非金属原子が窒素を含み、金属原子が鉄を含むことが好ましい。この場合、炭素系材料が特に優れた触媒活性を有することができる。なお、非金属原子が窒素のみであってもよく、金属原子が鉄のみであってもよい。   The combination of metal atoms and nonmetal atoms doped in the carbon-based material is appropriately selected. In particular, it is preferable that the nonmetal atom contains nitrogen and the metal atom contains iron. In this case, the carbon-based material can have particularly excellent catalytic activity. The nonmetal atom may be only nitrogen or the metal atom may be only iron.

非金属原子が窒素を含み、金属原子がコバルトとマンガンとのうち少なくとも一方を含んでもよい。この場合も、炭素系材料が特に優れた触媒活性を有することができる。なお、非金属原子が窒素のみであってもよい。また、金属原子がコバルトのみ、マンガンのみ、あるいはコバルト及びマンガンのみであってもよい。   The nonmetal atom may contain nitrogen, and the metal atom may contain at least one of cobalt and manganese. Also in this case, the carbon-based material can have particularly excellent catalytic activity. The nonmetal atom may be only nitrogen. In addition, the metal atom may be only cobalt, only manganese, or only cobalt and manganese.

炭素系材料の形状は特に制限されない。例えば、炭素系材料は、粒子状の形状を有してもよく、またシート状の形状を有してもよい。シート状の形状を有する炭素系材料の寸法は特に制限されず、例えばこの炭素系材料が微小な寸法であってもよい。シート状の形状を有する炭素系材料は、多孔質であってもよい。シート状の形状を有し、かつ、多孔質な炭素系材料は、例えば織布状、不織布状等の形状を有することが好ましい。このような炭素系材料は、導電性材料が無くても、ガス拡散層12を構成することができる。   The shape of the carbon-based material is not particularly limited. For example, the carbon-based material may have a particulate shape or may have a sheet-like shape. The dimensions of the carbon-based material having a sheet-like shape are not particularly limited, and, for example, the carbon-based material may have minute dimensions. The carbonaceous material having a sheet-like shape may be porous. It is preferable that the porous carbon-based material having a sheet-like shape has, for example, a woven-like shape, a non-woven-like shape or the like. Such a carbon-based material can constitute the gas diffusion layer 12 even without the conductive material.

ガス拡散層12における触媒として構成される炭素系材料は、次のように調製することができる。まず、例えば窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属を含む非金属化合物と、金属化合物と、炭素源原料とを含有する混合物を準備する。そして、この混合物を、800℃以上1000℃以下の温度で、45秒以上600秒未満加熱する。これにより、触媒として構成される炭素系材料を得ることができる。   The carbon-based material configured as a catalyst in the gas diffusion layer 12 can be prepared as follows. First, a mixture containing, for example, a nonmetal compound containing at least one nonmetal selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur, and phosphorus, a metal compound, and a carbon source material is prepared. Then, the mixture is heated at a temperature of 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less for 45 seconds or more and less than 600 seconds. Thereby, a carbon-based material configured as a catalyst can be obtained.

ここで、炭素源原料としては、上述の通り、例えばグラファイト又は無定形炭素を使用することができる。さらに、金属化合物としては、炭素源原料にドープされる非金属原子と配位結合し得る金属原子を含む化合物であれば、特に制限されない。金属化合物は、例えば金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、臭化物、ヨウ化物、フッ化物などのような無機金属塩、酢酸塩などの有機金属塩、無機金属塩の水和物、及び有機金属塩の水和物からなる群より選ばれる少なくとも一種を使用することができる。例えばグラファイトに鉄がドープされる場合には、金属化合物は塩化鉄(III)を含有することが好ましい。また、グラファイトにコバルトがドープされる場合には、金属化合物は塩化コバルトを含有することが好ましい。また、炭素源原料にマンガンがドープされる場合には、金属化合物は酢酸マンガンを含有することが好ましい。金属化合物の使用量は、例えば炭素源原料に対する金属化合物中の金属原子の割合が5〜30質量%の範囲内となるように決定されることが好ましく、更にこの割合が5〜20質量%の範囲内となるように決定されることがより好ましい。   Here, as the carbon source material, as described above, for example, graphite or amorphous carbon can be used. Further, the metal compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a metal atom which can coordinately bond with a nonmetal atom doped in the carbon source material. Examples of metal compounds include inorganic metal salts such as metal chlorides, nitrates, sulfates, bromides, iodides and fluorides, organic metal salts such as acetates, hydrates of inorganic metal salts, and organic metal salts It is possible to use at least one selected from the group consisting of hydrates of For example, when graphite is doped with iron, the metal compound preferably contains iron (III) chloride. In addition, when graphite is doped with cobalt, the metal compound preferably contains cobalt chloride. When manganese is doped to the carbon source material, the metal compound preferably contains manganese acetate. The amount of the metal compound used is preferably determined so that, for example, the ratio of metal atoms in the metal compound to the carbon source material is in the range of 5 to 30% by mass, and the ratio is further 5 to 20% by mass More preferably, it is determined to be within the range.

非金属化合物は、上記の通り、窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属の化合物であることが好ましい。非金属化合物としては、例えば、ペンタエチレンヘキサミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、オクチルボロン酸、1,2−ビス(ジエチルホスフィノエタン)、亜リン酸トリフェニル、ベンジルジサルフィドからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を使用することができる。非金属化合物の使用量は、炭素源原料への非金属原子のドープ量に応じて適宜設定される。非金属化合物の使用量は、金属化合物中の金属原子と、非金属化合物中の非金属原子とのモル比が、1:1〜1:2の範囲内となるように決定されることが好ましく、1:1.5〜1:1.8の範囲内となるように決定されることがより好ましい。   The nonmetallic compound is preferably at least one nonmetallic compound selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus as described above. Examples of nonmetal compounds include pentaethylenehexamine, ethylenediamine, tetraethylenepentamine, triethylenetetramine, ethylenediamine, octylboronic acid, 1,2-bis (diethylphosphinoethane), triphenyl phosphite, and benzyl disalc. At least one compound selected from the group consisting of Fides can be used. The amount of the nonmetallic compound used is appropriately set according to the doping amount of the nonmetallic atom to the carbon source material. The amount of the nonmetallic compound used is preferably determined such that the molar ratio of the metal atom in the metallic compound to the nonmetallic atom in the nonmetallic compound is in the range of 1: 1 to 1: 2. More preferably, it is determined to be in the range of 1: 1.5 to 1: 1.8.

ガス拡散層12において、触媒は結着剤を用いて導電性材料に結着していてもよい。つまり、触媒は結着剤を用いて導電性材料の表面及び細孔内部に担持されていてもよい。これにより、触媒が導電性材料から脱離し、酸素還元特性が低下することを抑制できる。結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びエチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。また、結着剤としては、NAFION(登録商標)を用いることも好ましい。   In the gas diffusion layer 12, the catalyst may be bound to the conductive material using a binder. That is, the catalyst may be supported on the surface of the conductive material and inside the pores using a binder. Thereby, the catalyst can be prevented from being desorbed from the conductive material and the oxygen reduction characteristics can be prevented from being degraded. As the binder, it is preferable to use, for example, at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), and ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM). It is also preferable to use NAFION (registered trademark) as a binder.

(イオン移動層)
本実施形態の電極ユニット1は、負極として作用する膨張黒鉛粒子群20と正極10との間に設けられ、電気絶縁性及びプロトン透過性を有するイオン移動層30をさらに備える。そして、図1及び図2に示すように、膨張黒鉛粒子群20は、イオン移動層30を介して正極10と隔てられている。イオン移動層30は、膨張黒鉛粒子群20で生成した水素イオンを透過し、正極10側へ移動させる機能を有している。
(Ion transfer layer)
The electrode unit 1 of the present embodiment is further provided with an ion transfer layer 30 provided between the expanded graphite particle group 20 acting as a negative electrode and the positive electrode 10 and having electrical insulation and proton permeability. Then, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the expanded graphite particle group 20 is separated from the positive electrode 10 via the ion transfer layer 30. The ion transfer layer 30 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the expanded graphite particle group 20 and moving them to the positive electrode 10 side.

イオン移動層30としては、例えばイオン交換樹脂を用いたイオン交換膜を使用することができる。イオン交換樹脂としては、例えばデュポン株式会社製のNAFION(登録商標)、並びに旭硝子株式会社製のフレミオン(登録商標)及びセレミオン(登録商標)を用いることができる。   As the ion transfer layer 30, for example, an ion exchange membrane using an ion exchange resin can be used. As the ion exchange resin, for example, NAFION (registered trademark) manufactured by DuPont Co., Ltd., and Flemion (registered trademark) and Seremion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.

また、イオン移動層30として、水素イオンが透過することが可能な細孔を有する多孔質膜を使用してもよい。つまり、イオン移動層30は、膨張黒鉛粒子群20から正極10へ水素イオンが移動するための空間(空隙)を有するシートであってもよい。そのため、イオン移動層30は、多孔質のシート、織布状のシート及び不織布状のシートからなる群より選ばれる少なくとも一つを備えることが好ましい。また、イオン移動層30は、ガラス繊維膜、合成繊維膜、及びプラスチック不織布からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができ、これらを複数積層してなる積層体でもよい。このような多孔質のシートは、内部に多数の細孔を有しているため、水素イオンが容易に移動することが可能となる。なお、イオン移動層30の細孔径は、膨張黒鉛粒子群20から正極10に水素イオンが移動できれば特に限定されない。   Alternatively, as the ion transfer layer 30, a porous membrane having pores through which hydrogen ions can pass may be used. That is, the ion transfer layer 30 may be a sheet having a space (void) for hydrogen ions to move from the expanded graphite particle group 20 to the positive electrode 10. Therefore, it is preferable that the ion transfer layer 30 includes at least one selected from the group consisting of a porous sheet, a woven sheet and a non-woven sheet. Further, the ion transfer layer 30 may be at least one selected from the group consisting of a glass fiber membrane, a synthetic fiber membrane, and a plastic non-woven fabric, and may be a laminate obtained by laminating a plurality of these. Such a porous sheet has a large number of pores inside, so that hydrogen ions can be easily moved. The pore diameter of the ion transfer layer 30 is not particularly limited as long as hydrogen ions can move from the expanded graphite particle group 20 to the positive electrode 10.

上述のように、イオン移動層30は、膨張黒鉛粒子群20で生成した水素イオンを透過し、正極10側へ移動させる機能を有する。そのため、例えば、膨張黒鉛粒子群20と正極10とが接触しない状態で近接していれば、水素イオンが膨張黒鉛粒子群20から正極10へ移動することができる。そのため、液体処理システム100において、イオン移動層30は必須の構成要素ではない。ただ、イオン移動層30を設けることにより、膨張黒鉛粒子群20から正極10へ水素イオンを効率的に移動させることが可能となるため、出力向上の観点からイオン移動層30を設けることが好ましい。なお、正極10とイオン移動層30との間に間隔が設けられていてもよく、また膨張黒鉛粒子群20とイオン移動層30との間も間隔が設けられていてもよい。   As described above, the ion transfer layer 30 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the expanded graphite particle group 20 and moving them to the positive electrode 10 side. Therefore, for example, hydrogen ions can move from the expanded graphite particle group 20 to the positive electrode 10 if the expanded graphite particle group 20 and the positive electrode 10 are close to each other without being in contact with each other. Therefore, in the liquid treatment system 100, the ion transfer layer 30 is not an essential component. However, by providing the ion transfer layer 30, hydrogen ions can be efficiently transferred from the expanded graphite particle group 20 to the positive electrode 10. Therefore, the ion transfer layer 30 is preferably provided from the viewpoint of output improvement. A space may be provided between positive electrode 10 and ion transfer layer 30, and a space may be provided between expanded graphite particle group 20 and ion transfer layer 30.

液体処理システム100は、図2に示すように、正極10及び膨張黒鉛粒子群20に電気的に接続する外部回路80を備えている。ただ、液体処理システムでは、外部回路80を介さず、導電部材を用いて、正極10及び膨張黒鉛粒子群20が電気的に直接接続されていてもよい。また、電極ユニット1において、カセット基材50は、上部の全体が開口しているが、内部に空気(酸素)を導入することが可能ならば部分的に開口していてもよく、また閉口していてもよい。   As shown in FIG. 2, the liquid processing system 100 includes an external circuit 80 electrically connected to the positive electrode 10 and the expanded graphite particle group 20. However, in the liquid processing system, the positive electrode 10 and the expanded graphite particle group 20 may be electrically connected directly using the conductive member without the external circuit 80. In the electrode unit 1, the entire upper portion of the cassette base 50 is open, but may be partially open if air (oxygen) can be introduced into the inside, or the cassette base 50 is closed. It may be

[処理槽]
液体処理システム100は、有機性物質を含む被処理液60を内部に保持する、略直方体状の処理槽70を備える。処理槽70には、被処理液60を処理槽70に供給するための流入口71と、処理後の被処理液60を処理槽70から排出するための流出口72とが設けられている。本実施形態において、流入口71は処理槽70の前壁73の下部に設けられ、流出口72は処理槽70の後壁74の上部に設けられている。
[Treatment tank]
The liquid processing system 100 includes a substantially rectangular processing tank 70 that holds the liquid to be processed 60 containing an organic substance therein. The treatment tank 70 is provided with an inlet 71 for supplying the liquid to be treated 60 to the treatment tank 70, and an outlet 72 for discharging the liquid to be treated 60 after treatment from the treatment tank 70. In the present embodiment, the inlet 71 is provided at the lower part of the front wall 73 of the processing tank 70, and the outlet 72 is provided at the upper part of the rear wall 74 of the processing tank 70.

被処理液60は、流入口71を通じて処理槽70の内部に連続的に供給される。また、図1及び図2に示すように、電極ユニット1及び膨張黒鉛粒子群20は、被処理液60に浸漬するように処理槽70の内部に配置されている。そのため、処理槽70の流入口71から供給された被処理液60は、電極ユニット1及び膨張黒鉛粒子群20に接触しながら流れ、その後、流出口72から排出される。   The liquid to be treated 60 is continuously supplied to the inside of the treatment tank 70 through the inlet 71. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the electrode unit 1 and the expanded graphite particle group 20 are disposed inside the treatment tank 70 so as to be immersed in the liquid 60 to be treated. Therefore, the liquid to be treated 60 supplied from the inflow port 71 of the processing tank 70 flows in contact with the electrode unit 1 and the expanded graphite particle group 20, and is then discharged from the outflow port 72.

液体処理システム100において、電極ユニット1は、平面視した際、流入口71から流出口72に向かう方向に沿って配列していることが好ましい。具体的には、図1及び図3のように、液体処理システム100において、流入口71は処理槽70の前壁73に設けられ、流出口72は前壁73に対向する後壁74に設けられている。そして、電極ユニット1における膜状の正極10及びイオン移動層30が、流入口71から流出口72に向かう方向(X方向)に略平行になるように、電極ユニット1が処理槽70の内部に配置されていることが好ましい。これにより、後述するように、液体処理システムの内部に複数の電極ユニット1を配置した場合であっても、各電極ユニット1に接触する被処理液60中の有機性物質の濃度を同程度にすることができる。その結果、各電極ユニット1の発電量を均一化することが可能となる。   In the liquid treatment system 100, the electrode units 1 are preferably arranged along the direction from the inflow port 71 to the outflow port 72 in plan view. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, in the liquid processing system 100, the inlet 71 is provided on the front wall 73 of the processing tank 70, and the outlet 72 is provided on the rear wall 74 opposite to the front wall 73. It is done. Then, the electrode unit 1 is placed inside the processing tank 70 so that the film-like positive electrode 10 and the ion transfer layer 30 in the electrode unit 1 are substantially parallel to the direction (X direction) from the inflow port 71 to the outflow port 72. It is preferable that it is arrange | positioned. Thereby, as described later, even when the plurality of electrode units 1 are disposed inside the liquid processing system, the concentration of the organic substance in the liquid to be treated 60 in contact with each electrode unit 1 is made comparable. can do. As a result, it is possible to make the amount of power generation of each electrode unit 1 uniform.

[膨張黒鉛粒子群]
液体処理システム100は、負極として作用し、膨張黒鉛を含有する膨張黒鉛粒子群20を備えている。膨張黒鉛粒子群20は、微生物を担持し、さらに微生物の触媒作用により、被処理液60中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方から水素イオン及び電子を生成する機能を有する。
Expanded Graphite Particles
The liquid processing system 100 includes an expanded graphite particle group 20 which acts as a negative electrode and contains expanded graphite. The expanded graphite particle group 20 has a function of supporting microorganisms and generating hydrogen ions and electrons from at least one of the organic substance and the nitrogen-containing compound in the liquid to be treated 60 by the catalytic action of the microorganisms.

膨張黒鉛粒子群20に担持される微生物としては、被処理液60中の有機性物質又は窒素含有化合物を分解して、水素イオン及び電子を生成する電流生成菌であれば特に限定されない。このような微生物としては、例えば、増殖に酸素を必要とする好気性微生物、又は増殖に酸素を必要としない嫌気性微生物を使用することができるが、嫌気性微生物を使用することが好ましい。嫌気性微生物は、被処理液60中の有機性物質を酸化分解するための空気を必要としない。そのため、空気を送り込むために必要な電力を大幅に低減することができる。また、微生物が獲得する自由エネルギーが小さいので、汚泥発生量を減少させることが可能となる。   The microorganism supported by the expanded graphite particle group 20 is not particularly limited as long as it is a current generating bacterium that decomposes the organic substance or the nitrogen-containing compound in the liquid to be treated 60 to generate hydrogen ions and electrons. As such a microorganism, for example, an aerobic microorganism that requires oxygen for growth or an anaerobic microorganism that does not require oxygen for growth can be used, but it is preferable to use an anaerobic microorganism. Anaerobic microorganisms do not require air for oxidatively decomposing organic substances in the liquid 60 to be treated. Therefore, the power required to feed the air can be significantly reduced. In addition, since the free energy obtained by microorganisms is small, it is possible to reduce the amount of sludge generated.

なお、膨張黒鉛粒子群20に担持される微生物が嫌気性微生物である場合には、嫌気性微生物の活動を高めるため、膨張黒鉛粒子群20の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。   When the microorganism supported by the expanded graphite particle group 20 is an anaerobic microorganism, in order to enhance the activity of the anaerobic microorganism, it is preferable to keep the periphery of the expanded graphite particle group 20 in an anaerobic atmosphere.

膨張黒鉛粒子群20に保持される好気性微生物は、例えばEscherichia属細菌である大腸菌、Pseudomonas属細菌である緑濃菌、Bacillus属細菌である枯草菌が挙げられる。また、膨張黒鉛粒子群20に保持される嫌気性微生物は、例えば細胞外電子伝達機構を有する電気生産細菌であることが好ましい。具体的には、嫌気性微生物として、例えばGeobacter属細菌、Shewanella属細菌、Aeromonas属細菌、Geothrix属細菌、Saccharomyces属細菌が挙げられる。   Examples of aerobic microorganisms retained in the expanded graphite particle group 20 include E. coli, which is an Escherichia bacteria, P. niger, which is a Pseudomonas bacteria, and B. subtilis, which is a Bacillus bacteria. Moreover, it is preferable that the anaerobic microorganisms hold | maintained at the expanded-graphite particle group 20 are electric production bacteria which have an extracellular electron transfer mechanism, for example. Specifically, examples of anaerobic microorganisms include, for example, bacteria belonging to the genus Geobacter, bacteria belonging to the genus Shewanella, bacteria belonging to the genus Aeromonas, bacteria belonging to the genus Geothrix, and bacteria belonging to the genus Saccharomyces.

膨張黒鉛粒子群20に、微生物を含むバイオフィルムが重ねられて固定されることで、膨張黒鉛粒子群20に微生物が保持されていてもよい。なお、バイオフィルムとは、一般に、微生物集団と、微生物集団が生産する菌体外重合体物質(extracellular polymeric substance、EPS)とを含む三次元構造体のことをいう。ただ、微生物は、バイオフィルムによらずに膨張黒鉛粒子群20に保持されていてもよい。また、微生物は、膨張黒鉛粒子群20の表面だけでなく、内部に保持されていてもよい。   A microorganism may be held in the expanded graphite particle group 20 by superimposing and fixing a biofilm containing the microorganism on the expanded graphite particle group 20. Biofilm generally refers to a three-dimensional structure including a microbial population and an extracellular polymeric substance (EPS) produced by the microbial population. However, the microorganisms may be retained in the expanded graphite particle group 20 without using the biofilm. The microorganism may be held not only on the surface of the expanded graphite particle group 20 but also on the inside.

液体処理システム100において、被処理液60は、膨張黒鉛粒子群20の内部を、膨張黒鉛の表面と接触しながら流れる。そのため、膨張黒鉛粒子群20は被処理液60の流路全体に充填されるように配置されていてもよく、また、被処理液60の流路の一部にのみ配置されていてもよい。   In the liquid treatment system 100, the liquid to be treated 60 flows inside the expanded graphite particle group 20 while being in contact with the surface of the expanded graphite. Therefore, the expanded graphite particle group 20 may be disposed so as to be filled in the entire flow path of the liquid to be treated 60, or may be disposed only in a part of the flow path of the liquid to be treated 60.

具体的には、膨張黒鉛粒子群20を電極ユニット1と処理槽70との間に設ける場合には、図2及び図3に示すように、電極ユニット1と処理槽70の左壁75との間の全体に、膨張黒鉛粒子群20を配置することが好ましい。同様に、電極ユニット1と処理槽70の右壁76との間の全体に、膨張黒鉛粒子群20を配置することが好ましい。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、電極ユニット1と、処理槽70の左壁75及び右壁76との間の一部に、膨張黒鉛粒子群20を配置してもよい。   Specifically, when the expanded graphite particle group 20 is provided between the electrode unit 1 and the processing tank 70, as shown in FIGS. 2 and 3, the electrode unit 1 and the left wall 75 of the processing tank 70. It is preferable to arrange the expanded graphite particle group 20 throughout the space. Similarly, the expanded graphite particle group 20 is preferably disposed in the entire area between the electrode unit 1 and the right wall 76 of the processing tank 70. However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and the expanded graphite particle group 20 may be disposed in a part between the electrode unit 1 and the left wall 75 and the right wall 76 of the processing tank 70. .

液体処理システム100において、膨張黒鉛粒子群20の上端21が被処理液60の水面よりも高くなるように配置されることが好ましい。具体的には、図2に示すように、膨張黒鉛粒子群20の上端21が被処理液60の水面61よりも高く、上端21が被処理液60から露出するように、処理槽70の内部に配置されることが好ましい。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、膨張黒鉛粒子群20の上端21が被処理液60の水面61よりも低くなっていてもよい。   In the liquid treatment system 100, the upper end 21 of the expanded graphite particle group 20 is preferably arranged to be higher than the water surface of the liquid 60 to be treated. Specifically, as shown in FIG. 2, the inside of the treatment tank 70 such that the upper end 21 of the expanded graphite particle group 20 is higher than the water surface 61 of the liquid to be treated 60 and the upper end 21 is exposed from the liquid to be treated 60. It is preferred that the However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and the upper end 21 of the expanded graphite particle group 20 may be lower than the water surface 61 of the liquid 60 to be treated.

図2において、膨張黒鉛粒子群20の下端22は、処理槽70の底壁77と接触している。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、膨張黒鉛粒子群20の下端22と処理槽70の底壁77との間に間隙が存在していてもよい。   In FIG. 2, the lower end 22 of the expanded graphite particle group 20 is in contact with the bottom wall 77 of the processing tank 70. However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and a gap may be present between the lower end 22 of the expanded graphite particle group 20 and the bottom wall 77 of the processing tank 70.

また、図3に示すように、膨張黒鉛粒子群20は、被処理液60の流れ方向(X方向)において、電極ユニット1の後端1aよりも上流側に配置することが好ましい。つまり、膨張黒鉛粒子群20の後端23は、電極ユニット1の後端1aよりも上流側に位置することが好ましい。ただ、このような態様に限定されず、膨張黒鉛粒子群20の後端23は、電極ユニット1の後端1aよりも下流側に位置してもよい。   Further, as shown in FIG. 3, the expanded graphite particle group 20 is preferably disposed upstream of the rear end 1 a of the electrode unit 1 in the flow direction (X direction) of the liquid to be treated 60. That is, the rear end 23 of the expanded graphite particle group 20 is preferably located upstream of the rear end 1 a of the electrode unit 1. However, the rear end 23 of the expanded graphite particle group 20 may be located downstream of the rear end 1 a of the electrode unit 1 without being limited to such an embodiment.

図3に示すように、膨張黒鉛粒子群20は、被処理液60の流れ方向において、電極ユニット1の前端1bよりも下流側に位置することが好ましい。つまり、膨張黒鉛粒子群20の前端24は、電極ユニット1の前端1bよりも下流側に位置することが好ましい。ただ、このような態様に限定されず、膨張黒鉛粒子群20の前端24は、電極ユニット1の前端1bよりも上流側に位置してもよい。   As shown in FIG. 3, the expanded graphite particle group 20 is preferably located downstream of the front end 1 b of the electrode unit 1 in the flow direction of the liquid to be treated 60. That is, it is preferable that the front end 24 of the expanded graphite particle group 20 be located downstream of the front end 1 b of the electrode unit 1. However, the front end 24 of the expanded graphite particle group 20 may be located upstream of the front end 1 b of the electrode unit 1 without being limited to such an embodiment.

上述のように、本実施形態の液体処理システムでは、微生物を担持する導電性担体として、複数の膨張黒鉛粒子を備える膨張黒鉛粒子群20を用いている。膨張黒鉛は、天然黒鉛を硫酸などの酸で処理して層間化合物を作り、その粉体を急速加熱することによって、黒鉛のc軸方向を150〜700倍に膨張させたものである。そのため、膨張黒鉛は黒鉛と比較して嵩密度が非常に小さく、微生物を担持する細孔を多数有している。   As described above, in the liquid processing system according to the present embodiment, the expanded graphite particle group 20 including the plurality of expanded graphite particles is used as the conductive carrier supporting the microorganism. Expanded graphite is obtained by treating natural graphite with an acid such as sulfuric acid to form an intercalation compound, and rapidly heating the powder to expand the c-axis direction of the graphite 150 to 700 times. Therefore, expanded graphite has a very small bulk density compared to graphite, and has many pores supporting microbes.

ここで、図5では、後述する実施例で用いた膨張黒鉛粒子を、密度を異ならせて成形した膨張黒鉛粒子群の様子を示す。図5の(a)では、密度が0.00918g/ccとなるように成形した膨張黒鉛粒子群を示し、図5の(b)では、密度が0.01158g/ccとなるように成形した膨張黒鉛粒子群を示す。なお、図5の膨張黒鉛粒子群は、直径が約5cmの円柱となるように成形したものである。   Here, FIG. 5 shows a state of expanded graphite particle groups obtained by forming expanded graphite particles used in Examples to be described later at different densities. FIG. 5 (a) shows expanded graphite particle groups molded to have a density of 0.00918 g / cc, and FIG. 5 (b) shows expansions molded to have a density of 0.01158 g / cc. Graphite particles are shown. In addition, the expanded graphite particle group of FIG. 5 is shape | molded so that it may become a cylinder about 5 cm in diameter.

文献(吉元昭二、外1名、"膨張化グラファイトの合成"、[online]、2008年12月、愛知県産業技術研究所、インターネット〈URL:http://www.aichi-inst.jp/sangyou/research/report/kougyo_2008_02.pdf〉)では、膨張黒鉛粒子の比表面積は10.6m/gであることが記載されている。そして、膨張黒鉛粒子の比表面積が10.6m/gの場合、図5の(a)に示す膨張黒鉛粒子群の比表面積は、84376m/mとなる。また、図5の(b)に示す膨張黒鉛粒子群の比表面積は、97308m/mとなる。つまり、図5に示す膨張黒鉛粒子群の比表面積は、非特許文献1の粒子状黒鉛と比較して10倍以上増加する。膨張黒鉛粒子群の高い比表面積は、微生物の付着サイトが増加することを意味している。そして、微生物の付着サイトが増加することにより、微生物の増殖も促進することができる。そのため、処理槽70に流入する少なくとも一部の被処理液60が膨張黒鉛粒子群20の内部を透過することにより、被処理液60と微生物との接触が高まり、高度な水処理性能及び発電性能を実現することが可能となる。 Literature (Shoji Yoshimoto, one other person, "synthesis of expanded graphite", [online], December 2008, Aichi Industrial Research Institute, Internet <URL: http://www.aichi-inst.jp/sangyou /research/report/kougyo_2008_02.pdf> describes that the specific surface area of the expanded graphite particles is 10.6 m 2 / g. When the specific surface area of the expanded graphite particles is 10.6 m 2 / g, the specific surface area of the expanded graphite particle group shown in FIG. 5A is 84376 m 2 / m 3 . Moreover, the specific surface area of the expanded graphite particle group shown to (b) of FIG. 5 will be 97308 m < 2 > / m < 3 >. That is, the specific surface area of the expanded graphite particle group shown in FIG. 5 is increased by 10 times or more as compared with the particulate graphite of Non-Patent Document 1. The high specific surface area of the expanded graphite particle group means that the attachment site of microorganisms is increased. And, by increasing the attachment site of the microorganism, the growth of the microorganism can also be promoted. Therefore, when at least a part of the liquid to be treated 60 flowing into the treatment tank 70 permeates the inside of the expanded graphite particle group 20, the contact between the liquid to be treated 60 and the microorganisms is enhanced, and high water treatment performance and power generation performance It is possible to realize

さらに、図5より、実施例で用いた膨張黒鉛粒子は、密度が約0.009g/cc以上で成形性が保たれ、自立できることが分かる。つまり、膨張黒鉛粒子の集合体は、支えるものを用いなくても、膨張黒鉛粒子そのものだけで立つことができる。膨張黒鉛粒子はグラフェン層が広がった構造を有しているため、一般的に粒子同士が絡み易く、バインダー無しで成形することが可能である。そして、図5に示す膨張黒鉛粒子群でも、このような効果が作用している。   Furthermore, it can be seen from FIG. 5 that the expandable graphite particles used in the examples maintain their formability at a density of about 0.009 g / cc or more and can stand on their own. That is, the aggregate of the expanded graphite particles can stand by the expanded graphite particles themselves without using any supporting material. Since the expanded graphite particles have a structure in which the graphene layer is spread, the particles are generally easily entangled and can be formed without a binder. And such an effect is acting also in the expanded graphite particle group shown in FIG.

そして、液体処理システム100では、膨張黒鉛粒子群20が負極として作用するため、膨張黒鉛粒子群20が自立することで、液体処理システム100の設計自由度を高めることが可能となる。つまり、粒子群のみで自立することができない非特許文献1の粒子状黒鉛や活性炭粒子を負極として用いた場合、粒子間の接触抵抗を低減するために密にパッキングする必要がある。そのため、管や外壁等を用いて、粒子群へ常に外圧を掛けることが求められる。したがって、一般的には、粒子状黒鉛や活性炭粒子をチューブや箱状構造体の内部に充填し、ネジ締め等によって周囲から外圧を掛ける構造設計が求められる。   And in the liquid processing system 100, since the expanded graphite particle group 20 acts as a negative electrode, it becomes possible to raise the design freedom of the liquid processing system 100 because the expanded graphite particle group 20 becomes independent. That is, when the particulate graphite or activated carbon particles of Non-Patent Document 1 which can not stand alone with the particle group is used as a negative electrode, it is necessary to closely pack in order to reduce the contact resistance between particles. Therefore, it is required to always apply external pressure to the particle group using a pipe, an outer wall or the like. Therefore, in general, there is required a structural design in which particulate graphite or activated carbon particles are filled into the inside of a tube or a box-like structure and external pressure is applied from the periphery by screwing or the like.

これに対して、本実施形態の液体処理システム100では、膨張黒鉛粒子群は、常に外圧を掛けなくても自立することができる。そのため、膨張黒鉛粒子群をチューブ等に充填し、ネジ締め等によって周囲から外圧を掛ける構造設計が不要となることから、小〜大サイズの処理槽に対して容易に適用することが可能となる。また、図5に示す膨張黒鉛粒子群の抵抗率を四端子法にて測定したところ、3.7e−2Ω・cm以下であった。このことから、膨張黒鉛粒子群は、高い発電性能を得るのに十分な低抵抗であることが分かる。 On the other hand, in the liquid processing system 100 of the present embodiment, the expanded graphite particle group can stand on its own without applying an external pressure at all times. Therefore, the expanded graphite particle group is filled in a tube or the like, and a structural design to apply an external pressure from the periphery by screwing or the like is not necessary, so that it can be easily applied to small to large size processing tanks. . Moreover, when the resistivity of the expanded graphite particle group shown in FIG. 5 was measured by the four probe method, it was 3.7 e <-2 > ohm * cm or less. From this, it can be seen that the expanded graphite particle group has low resistance sufficiently to obtain high power generation performance.

本実施形態において、膨張黒鉛粒子群20の密度は、0.001g/cm〜0.1g/cmであることが好ましい。また、膨張黒鉛粒子群20の密度は、0.001g/cm〜0.05g/cmであることがより好ましく、0.001g/cm〜0.03g/cmであることがさらに好ましい。膨張黒鉛粒子群20の密度が0.001g/cm以上であることにより、膨張黒鉛粒子群20が自立でき、液体処理システムの設計自由度をより高めることが可能となる。また、膨張黒鉛粒子群20の密度が0.1g/cm以下であることにより、膨張黒鉛粒子群20の内部を被処理液60が通過しやすくなるため、被処理液60と微生物との接触をより高めることが可能となる。 In this embodiment, the density of the expanded graphite particles 20 is preferably 0.001g / cm 3 ~0.1g / cm 3 . The density of the expanded graphite particles 20 is more preferably 0.001g / cm 3 ~0.05g / cm 3 , further preferably 0.001g / cm 3 ~0.03g / cm 3 . When the density of the expanded graphite particle group 20 is 0.001 g / cm 3 or more, the expanded graphite particle group 20 can stand on its own, and the design freedom of the liquid processing system can be further enhanced. Further, when the expanded graphite particle group 20 has a density of 0.1 g / cm 3 or less, the liquid to be treated 60 can easily pass through the inside of the expanded graphite particle group 20, so that the liquid 60 to be treated contacts microorganisms. Can be enhanced.

負極として用いられる膨張黒鉛粒子群20の電気抵抗率は特に限定されないが、発電性能を高める観点から低い方が好ましい。そのため、膨張黒鉛粒子群20の電気抵抗率は、0.001Ω・cm〜0.1Ω・cmであることが好ましい。膨張黒鉛粒子群20の電気抵抗率がこの範囲内であることにより、膨張黒鉛粒子群20を自立させつつも、負極として十分な低抵抗を確保することが可能となる。なお、膨張黒鉛粒子群20の電気抵抗率は、四端子法により測定することができる。   The electrical resistivity of the expanded graphite particle group 20 used as the negative electrode is not particularly limited, but the lower one is preferable from the viewpoint of enhancing the power generation performance. Therefore, the electrical resistivity of the expanded graphite particle group 20 is preferably 0.001 Ω · cm to 0.1 Ω · cm. When the electrical resistivity of the expanded graphite particle group 20 is within this range, it is possible to secure a sufficiently low resistance as a negative electrode while making the expanded graphite particle group 20 stand alone. The electrical resistivity of the expanded graphite particle group 20 can be measured by the four-terminal method.

膨張黒鉛粒子群20は、膨張黒鉛のみが集合してなる構造体であってもよい。ただ、膨張黒鉛粒子群20は、膨張黒鉛に加えて他の材料が混合されていてもよい。つまり、膨張黒鉛粒子群20は、膨張黒鉛と、炭素材料、金属及び樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つとを含む構造体であってもよい。炭素材料は、カーボンペーパー、カーボンフェルト、炭素繊維及び黒鉛シートからなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。金属は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及びエラストマーからなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましく、例えばポリオレフィン樹脂やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いることができる。   The expanded graphite particle group 20 may be a structure in which only expanded graphite is collected. However, the expanded graphite particle group 20 may be mixed with other materials in addition to the expanded graphite. That is, the expanded graphite particle group 20 may be a structure including expanded graphite and at least one selected from the group consisting of a carbon material, a metal and a resin. The carbon material is preferably at least one selected from the group consisting of carbon paper, carbon felt, carbon fiber and graphite sheet. The metal is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, stainless steel, nickel and titanium. The resin is preferably at least one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and an elastomer. For example, a polyolefin resin or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

膨張黒鉛粒子群20としては、例えば、膨張黒鉛粒子の集合体の内部に、シート状の炭素材料を挿入した構成とすることができる。そして、シート状の炭素材料と外部回路80とを電気的に接続することにより、膨張黒鉛粒子群20の微生物により生成した電子を、外部回路80から正極10に導通させやすくなり、発電性能を向上させることが可能となる。   As the expanded graphite particle group 20, for example, a sheet-like carbon material can be inserted into an aggregate of expanded graphite particles. Then, by electrically connecting the sheet-like carbon material and the external circuit 80, electrons generated by the microorganisms of the expanded graphite particle group 20 can be easily conducted from the external circuit 80 to the positive electrode 10, and power generation performance is improved. It is possible to

次に、本実施形態の液体処理システム100の作用について説明する。上述のように、処理槽70は、被処理液60の流入口71及び流出口72を有し、流入口71と流出口72との間に、電極ユニット1及び膨張黒鉛粒子群20が配置されている。そして、正極10及びイオン移動層30からなる電極接合体40が被処理液60に浸漬された場合、正極10のガス拡散層12が被処理液60に浸漬され、撥水層11の少なくとも一部が気相2に露出している。   Next, the operation of the liquid treatment system 100 of the present embodiment will be described. As described above, the processing tank 70 has the inlet 71 and the outlet 72 of the liquid to be treated 60, and the electrode unit 1 and the expanded graphite particle group 20 are disposed between the inlet 71 and the outlet 72. ing. Then, when the electrode assembly 40 composed of the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30 is immersed in the liquid 60 to be treated, the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 is immersed in the liquid 60 to be treated. Is exposed to the gas phase 2.

液体処理システム100の動作時には、膨張黒鉛粒子群20に、有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方を含有する被処理液60を供給し、正極10に空気を供給する。この際、空気は、カセット基材50の上部に設けられた開口部を通じて連続的に供給される。   At the time of operation of the liquid treatment system 100, the liquid to be treated 60 containing at least one of the organic substance and the nitrogen-containing compound is supplied to the expanded graphite particle group 20, and air is supplied to the positive electrode 10. At this time, air is continuously supplied through the opening provided at the top of the cassette base 50.

そして、正極10では、撥水層11を透過してガス拡散層12に酸素が拡散する。膨張黒鉛粒子群20では、微生物の触媒作用により、被処理液60中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方から水素イオン及び電子を生成する。生成した水素イオンは、イオン移動層30を透過して正極10側へ移動し、正極10中のガス拡散層12に到達する。また、生成した電子は膨張黒鉛粒子群20を通じて外部回路80へ移動し、さらに外部回路80から正極10のガス拡散層12に移動する。そして、水素イオン及び電子は、ガス拡散層12中の触媒の作用により酸素と結合し、水となって消費される。このとき、外部回路80によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。このように、電極ユニット1は、膨張黒鉛粒子群20における微生物の作用により、被処理液60中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方を分解することができる。   Then, in the positive electrode 10, oxygen permeates the water repellent layer 11 and diffuses into the gas diffusion layer 12. In the expanded graphite particle group 20, hydrogen ions and electrons are generated from at least one of the organic substance and the nitrogen-containing compound in the liquid to be treated 60 by the catalytic action of microorganisms. The generated hydrogen ions permeate the ion transfer layer 30, move to the positive electrode 10 side, and reach the gas diffusion layer 12 in the positive electrode 10. The generated electrons move to the external circuit 80 through the expanded graphite particle group 20, and further move to the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 from the external circuit 80. The hydrogen ions and electrons are combined with oxygen by the action of the catalyst in the gas diffusion layer 12 and consumed as water. At this time, the external circuit 80 recovers the electrical energy flowing to the closed circuit. Thus, the electrode unit 1 can decompose at least one of the organic substance and the nitrogen-containing compound in the liquid to be treated 60 by the action of the microorganism in the expanded graphite particle group 20.

そして、本実施形態では、膨張黒鉛粒子が集合してなる膨張黒鉛粒子群20を負極として用いている。膨張黒鉛粒子群20は、被処理液60が通過することが可能な孔部を複数有しており、さらに内部には微生物が担持されている。そのため、被処理液60と微生物との接触が高まり、被処理液60中の有機性物質を微生物により効率的に分解して発電することが可能となる。また、膨張黒鉛粒子群20は粒子同士が互いに絡み易く、容易に自立することができる。そのため、膨張黒鉛粒子群20に対して常に外圧を掛ける構造が不要となることから、液体処理システム100の設計自由度を向上させることが可能となる。   And in this embodiment, the expanded-graphite particle group 20 which an expanded-graphite particle gathers is used as a negative electrode. The expanded graphite particle group 20 has a plurality of holes through which the liquid to be treated 60 can pass, and further, microorganisms are carried inside. Therefore, the contact between the liquid to be treated 60 and the microorganism is enhanced, and the organic substance in the liquid to be treated 60 can be efficiently decomposed by the microorganism to generate electric power. Further, in the expanded graphite particle group 20, the particles are easily entangled with each other, and can easily stand by itself. Therefore, since the structure which always applies an external pressure with respect to the expanded graphite particle group 20 becomes unnecessary, it becomes possible to improve the design freedom of the liquid processing system 100. FIG.

また、液体処理システム100では、処理槽70の流入口71から被処理液60が連続的に供給される。供給された被処理液60は、膨張黒鉛粒子群20と接触して拡散する。そして、被処理液60中の有機性物質は、膨張黒鉛粒子群20に担持されている微生物により分解される。このように、膨張黒鉛粒子群20に連続的に被処理液60が供給され、有機性物質が微生物により分解されるため、電極ユニット1から安定した発電特性を得ることが可能となる。   Further, in the liquid treatment system 100, the liquid to be treated 60 is continuously supplied from the inflow port 71 of the treatment tank 70. The supplied liquid to be treated 60 contacts the expanded graphite particle group 20 and diffuses. Then, the organic substance in the liquid to be treated 60 is decomposed by the microbes supported by the expanded graphite particle group 20. As described above, since the liquid to be treated 60 is continuously supplied to the expanded graphite particle group 20 and the organic substance is decomposed by microorganisms, stable power generation characteristics can be obtained from the electrode unit 1.

本実施形態の液体処理システムは、図1〜図3に示すように、一つの処理槽70の内部に一つの電極ユニット1を備える構成であってもよい。ただ、本実施形態はこのような構成に限定されず、例えば一つの処理槽70の内部に複数の電極ユニット1を備える構成であってもよい。具体的には、図6〜図8に示すように、一つの処理槽70の内部に、五つの電極ユニット1を備えてもよい。このような構成により、微生物による発電と廃水の浄化をより効率的に行うことが可能となる。   The liquid processing system according to the present embodiment may have a configuration in which one electrode unit 1 is provided inside one processing tank 70 as shown in FIGS. 1 to 3. However, the present embodiment is not limited to such a configuration. For example, a plurality of electrode units 1 may be provided in one processing tank 70. Specifically, as shown in FIGS. 6 to 8, five electrode units 1 may be provided in one processing tank 70. Such a configuration makes it possible to more efficiently perform power generation and wastewater purification by microorganisms.

図6〜図8に示す液体処理システム100Aでは、上述の液体処理システム100と同様に、流入口71は処理槽70の前壁73に設けられ、流出口72は前壁73に対向する後壁74に設けられている。そして、正極10及びイオン移動層30が流入口71から流出口72に向かう方向(X方向)に略平行になるように、五つの電極ユニット1が処理槽70の内部に配置されている。   In the liquid processing system 100A shown in FIGS. 6-8, the inlet 71 is provided on the front wall 73 of the processing tank 70, and the outlet 72 is a rear wall facing the front wall 73, as in the liquid processing system 100 described above. Provided in 74. The five electrode units 1 are disposed inside the processing tank 70 such that the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30 are substantially parallel to the direction (X direction) from the inflow port 71 toward the outflow port 72.

そして、膨張黒鉛粒子群20は、電極ユニット1と処理槽70との間に加えて、隣接する電極ユニット1の間にも設けられている。隣接する電極ユニット1の間に膨張黒鉛粒子群20を設けることにより、被処理液60が膨張黒鉛粒子群20に接触して拡散し、被処理液60と微生物との接触を高めることが可能となる。   The expanded graphite particle group 20 is provided between the adjacent electrode units 1 in addition to the space between the electrode unit 1 and the processing tank 70. By providing the expanded graphite particle group 20 between the adjacent electrode units 1, the to-be-treated liquid 60 can contact and diffuse the expanded graphite particle group 20, and the contact between the to-be-treated liquid 60 and microorganisms can be enhanced. Become.

なお、膨張黒鉛粒子群20を隣接する電極ユニット1の間に設ける場合には、図6に示すように、一方の電極ユニット1と、他方の電極ユニット1との間の全体に膨張黒鉛粒子群20を配置することが好ましい。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、一方の電極ユニット1と、他方の電極ユニット1との間の一部に膨張黒鉛粒子群20を配置してもよい。   When the expanded graphite particle group 20 is provided between the adjacent electrode units 1, as shown in FIG. 6, the expanded graphite particle group is entirely formed between one electrode unit 1 and the other electrode unit 1. It is preferable to arrange 20. However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and the expanded graphite particle group 20 may be disposed in a part between one electrode unit 1 and the other electrode unit 1.

図6〜図8に示す液体処理システム100Aでは、電極ユニット1と処理槽70との間に加えて、隣接する電極ユニット1の間にも膨張黒鉛粒子群20が設けられている。しかしながら、本実施形態はこのような態様に限定されず、電極ユニット1と処理槽70との間には膨張黒鉛粒子群20を設けず、隣接する電極ユニット1の間にのみ膨張黒鉛粒子群20を設けてもよい。つまり、液体処理システム100Aにおいて、膨張黒鉛粒子群20は、電極ユニット1と処理槽70との間、及び隣接する電極ユニット1の間の少なくとも一方に設けられることが好ましい。   In the liquid processing system 100A shown in FIGS. 6 to 8, the expanded graphite particle group 20 is provided between the adjacent electrode units 1 in addition to between the electrode unit 1 and the processing tank 70. However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and the expanded graphite particle group 20 is not provided between the electrode unit 1 and the treatment tank 70, and the expanded graphite particle group 20 is disposed only between the adjacent electrode units 1. May be provided. That is, in the liquid treatment system 100A, the expanded graphite particle group 20 is preferably provided in at least one of between the electrode unit 1 and the treatment tank 70 and between the adjacent electrode units 1.

このように、本実施形態に係る液体処理システム100,100Aは、有機性物質を含む被処理液60を保持する処理槽70と、処理槽70の内部に設けられ、酸素を還元する正極10を備える、一又は二以上の電極ユニット1と、を備える。液体処理システム100,100Aは、さらに、処理槽70の内部に設けられ、正極10と電気的に接続し、さらに微生物を担持する膨張黒鉛粒子群20を備える。そして、処理槽70に流入した被処理液60の少なくとも一部が、膨張黒鉛粒子群20の内部を通過する。液体処理システム100,100Aでは、負極として多孔質の膨張黒鉛粒子群20を用いている。そして、膨張黒鉛粒子群20は、微生物が付着するサイトが多数存在し、高比表面積であることから、微生物の増殖が進行しやすい。そのため、被処理液60が膨張黒鉛粒子群20の内部を透過することにより、被処理液60と微生物との接触が高まり、高度な水処理性能及び発電性能を実現することが可能となる。また、膨張黒鉛粒子の集合体は、支えるものを用いなくても、膨張黒鉛粒子そのものだけで立つことができる。さらに、膨張黒鉛粒子の集合体は、外部から一定の圧力を加え続けることが無くても低抵抗となる。そのため、膨張黒鉛粒子群20は自立しつつも電気抵抗が低いことから、液体処理システム100,100Aの設計自由度を高めることが可能となる。   As described above, the liquid processing system 100, 100A according to the present embodiment includes the processing tank 70 holding the liquid to be treated 60 containing an organic substance, and the positive electrode 10 provided inside the processing tank 70 to reduce oxygen. And one or more electrode units 1 are provided. The liquid processing system 100, 100A further includes an expanded graphite particle group 20 provided inside the processing tank 70, electrically connected to the positive electrode 10, and further supporting a microorganism. Then, at least a part of the liquid to be treated 60 flowing into the treatment tank 70 passes through the inside of the expanded graphite particle group 20. In the liquid processing system 100, 100A, the porous expanded graphite particle group 20 is used as the negative electrode. And since the expanded graphite particle group 20 has many sites to which microorganisms adhere, and it is a high specific surface area, the growth of microorganisms tends to progress. Therefore, when the liquid to be treated 60 permeates the inside of the expanded graphite particle group 20, the contact between the liquid to be treated 60 and the microorganism is enhanced, and it is possible to realize high water treatment performance and power generation performance. In addition, the aggregate of the expanded graphite particles can stand with only the expanded graphite particles themselves without using supporting materials. Furthermore, the aggregate of expanded graphite particles has low resistance even without continuously applying a constant pressure from the outside. Therefore, since the expanded graphite particle group 20 has low electrical resistance while standing on its own, it is possible to increase the design freedom of the liquid processing system 100, 100A.

また、液体処理システム100,100Aにおいて、正極10は被処理液60に浸漬し、正極10の少なくとも一部は気相2に露出することが好ましい。これにより、正極10の触媒に気相2から酸素が供給されやすくなることから、正極10での酸素還元反応を促進し、発電性能をより高めることが可能となる。   Further, in the liquid treatment system 100, 100 </ b> A, the positive electrode 10 is preferably immersed in the liquid 60 to be treated, and at least a portion of the positive electrode 10 is exposed to the gas phase 2. As a result, oxygen is easily supplied from the gas phase 2 to the catalyst of the positive electrode 10, so that the oxygen reduction reaction at the positive electrode 10 can be promoted to further enhance the power generation performance.

液体処理システム100,100Aでは、電極ユニット1と処理槽70との間、及び隣接する電極ユニット1の間の少なくとも一方に膨張黒鉛粒子群20を設けている。そして、被処理液60は、膨張黒鉛粒子群20の内部を通過して膨張黒鉛の表面と接触した後に、流出口72に流れる。これにより、被処理液60を拡散し、被処理液60と微生物との接触を高めることができ、微生物による発電と被処理液60の浄化とを効率的に行うことが可能となる。また、液体処理システム100において、複数の電極ユニット1が流入口71から流出口72に向かう方向に沿って配列していることにより、各電極ユニット1に接触する被処理液60中の有機性物質の濃度が同程度となる。その結果、各電極ユニット1の発電量を均一化することが可能となる。   In the liquid treatment system 100, 100 </ b> A, the expanded graphite particle group 20 is provided in at least one of between the electrode unit 1 and the treatment tank 70 and between the adjacent electrode units 1. Then, the liquid to be treated 60 passes through the inside of the expanded graphite particle group 20 and comes into contact with the surface of the expanded graphite, and then flows to the outlet 72. Thereby, the liquid to be treated 60 can be diffused, contact between the liquid to be treated 60 and the microorganism can be enhanced, and power generation by the microorganism and purification of the liquid to be treated 60 can be efficiently performed. Further, in the liquid processing system 100, the plurality of electrode units 1 are arranged along the direction from the inflow port 71 toward the outflow port 72, whereby the organic substance in the liquid to be treated 60 in contact with each electrode unit 1 The concentration of As a result, it is possible to make the amount of power generation of each electrode unit 1 uniform.

なお、液体処理システム100,100Aにおいて、電極ユニット1は、平面視した際、流入口71から流出口72に向かう方向に沿って配列している。つまり、電極ユニット1における正極10及びイオン移動層30が、流入口71から流出口72に向かう方向(X方向)に略平行になるように、電極ユニット1が処理槽70の内部に配置されている。しかしながら、本実施形態はこのような態様に限定されない。電極ユニット1は、平面視した際、流入口71から流出口72に向かう方向に垂直な方向に沿って配列していてもよい。   In the liquid treatment systems 100 and 100A, the electrode units 1 are arranged along the direction from the inflow port 71 to the outflow port 72 in plan view. That is, the electrode unit 1 is disposed inside the processing tank 70 so that the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30 in the electrode unit 1 are substantially parallel to the direction (X direction) from the inflow port 71 to the outflow port 72. There is. However, the present embodiment is not limited to such an aspect. The electrode units 1 may be arranged along a direction perpendicular to the direction from the inflow port 71 toward the outflow port 72 in plan view.

以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail by way of examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to these examples.

[実施例]
まず、ポリオレフィン製撥水層に、接着剤であるシリコーン樹脂を塗布した後、ガス拡散層であるグラファイトホイルを接合することにより、撥水層/シリコーン接着剤/ガス拡散層からなる積層シートを作製した。なお、撥水層は、積水化学工業株式会社製セルポア(登録商標)を使用した。シリコーン樹脂は、信越化学工業株式会社製の一液型RTVゴムKE−3475−Tを使用した。グラファイトホイルは、日立化成工業株式会社製のものを使用した。
[Example]
First, a silicone resin which is an adhesive agent is applied to a water repellent layer made of polyolefin and then a graphite foil which is a gas diffusion layer is joined to produce a laminated sheet consisting of water repellent layer / silicone adhesive / gas diffusion layer did. As the water repellent layer, Cellpore (registered trademark) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. was used. As a silicone resin, one-component RTV rubber KE-3475-T manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was used. The graphite foil used was manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.

次に、グラファイトホイルにおける撥水層とは反対側の面に、酸素還元触媒とPTFE(Aldrich社製)とを混合してなる触媒層をプレス成形することにより、ガス拡散電極を作製した。なお、酸素還元触媒は、目付け量が6mg/cmとなるようにプレス成形した。 Next, a gas diffusion electrode was produced by press-forming a catalyst layer formed by mixing an oxygen reduction catalyst and PTFE (manufactured by Aldrich) on the surface of the graphite foil opposite to the water repellent layer. In addition, the oxygen reduction catalyst was press-molded so that a basis weight might be 6 mg / cm < 2 >.

なお、酸素還元触媒は、次のように調製した。まず、容器内に、3gのカーボンブラック、0.1Mの塩化鉄(III)水溶液、及び0.15Mのペンタエチレンヘキサミンのエタノール溶液を入れることで、混合液を調製した。なお、カーボンブラックとしては、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製ケッチェンブラックECP600JDを使用した。0.1M塩化鉄(III)水溶液の使用量は、カーボンブラックに対する鉄原子の割合が10質量%になるように調整した。この混合液に更にエタノールを加えることで、全量を9mLに調整した。そして、この混合液を超音波分散してから乾燥機で60℃の温度で乾燥させた。これにより、カーボンブラック、塩化鉄(III)、及びペンタエチレンヘキサミンを含有するサンプルを得た。   The oxygen reduction catalyst was prepared as follows. First, a mixed solution was prepared by placing 3 g of carbon black, a 0.1 M aqueous solution of iron (III) chloride, and an ethanol solution of 0.15 M pentaethylenehexamine in a container. As carbon black, ketjen black ECP600 JD manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd. was used. The amount of use of the 0.1 M aqueous solution of iron (III) chloride was adjusted so that the ratio of iron atoms to carbon black was 10% by mass. The total volume was adjusted to 9 mL by further adding ethanol to this mixture. Then, the mixture was ultrasonically dispersed and then dried at a temperature of 60 ° C. in a drier. This yielded a sample containing carbon black, iron (III) chloride, and pentaethylenehexamine.

そして、このサンプルを、石英管の一端部内に詰め入れ、続いてこの石英管内をアルゴンで置換した。この石英管を900℃の炉に入れてから45秒で引き抜いた。石英管を炉に挿入する際には、石英管を炉に3秒間かけて挿入することで、加熱開始時のサンプルの昇温速度を300℃/sに調整した。続いて、石英管内にアルゴンガスを流通させることでサンプルを冷却させた。これにより酸素還元触媒を得た。   The sample was then packed into one end of a quartz tube, which was then purged with argon in the quartz tube. The quartz tube was put into a furnace at 900 ° C. and pulled out in 45 seconds. When inserting the quartz tube into the furnace, the temperature rising rate of the sample at the start of heating was adjusted to 300 ° C./s by inserting the quartz tube into the furnace over 3 seconds. Subsequently, the sample was cooled by flowing argon gas through the quartz tube. Thus, an oxygen reduction catalyst was obtained.

上述のようにして得られたガス拡散電極の撥水層に、図1に示すように空気取り入れ部を設けることにより、正極を作製した。そして、図1に示すように、当該正極を、流入口及び流出口を備え、容量が300ccの処理槽内に設置した。正極の表面には、負極となる膨張黒鉛粒子群と当該正極とが接触しないように、イオン移動層としての樹脂製の不織布シートを配置した。   A positive electrode was produced by providing an air intake as shown in FIG. 1 on the water repellent layer of the gas diffusion electrode obtained as described above. And as shown in FIG. 1, the said positive electrode was provided in the processing tank of 300 cc capacity | capacitance provided with the inflow port and the outflow port. On the surface of the positive electrode, a non-woven resin sheet made of resin as an ion transfer layer was disposed so that the expanded graphite particle group serving as the negative electrode and the positive electrode did not contact.

次に、正極と処理槽との間に膨張黒鉛粒子を充填し、膨張黒鉛粒子群を形成した。膨張黒鉛粒子としては、富士黒鉛工業株式会社製の製品を使用した。なお、膨張黒鉛粒子群は、最初に圧力を掛けて直方体構造に成形したが、その後は外部から一定の圧力を加え続けることは行わなかった。そして、膨張黒鉛粒子群に担持される電流生成菌からの電子を回収するために、膨張黒鉛粒子群の中に膨張黒鉛シートを配置した。膨張黒鉛シートとしては、厚みが0.38mm、密度が1.0g/cmのものを使用した。 Next, expanded graphite particles were filled between the positive electrode and the treatment tank to form expanded graphite particle groups. As the expanded graphite particles, a product manufactured by Fuji Graphite Industry Co., Ltd. was used. In addition, although the expanded graphite particle group was first applied with pressure to be formed into a rectangular parallelepiped structure, thereafter, application of a constant pressure from the outside was not continued. Then, in order to recover the electrons from the current generating bacteria carried on the expanded graphite particle group, the expanded graphite sheet was disposed in the expanded graphite particle group. An expanded graphite sheet having a thickness of 0.38 mm and a density of 1.0 g / cm 3 was used.

実施例の液体処理システムでは、被処理液は、流入口を通じて処理槽内へ入った後、必ず膨張黒鉛粒子群の内部を流れて、流出口から排出される構成となっている。   In the liquid processing system of the embodiment, the liquid to be treated flows into the expanded graphite particle group after entering the processing tank through the inlet, and is discharged from the outlet.

次に、正極及びイオン移動層、並びに膨張黒鉛粒子群に接するように、被処理液を処理槽内に満たした。被処理液は、全有機体炭素(TOC)が800mg/Lであるモデル廃液を使用した。さらに、被処理液のプロトン供給性を安定させるために、バッファとして、炭酸水素ナトリウムを濃度が20mMとなるように添加した。さらに、発電を行う嫌気性微生物源として、膨張黒鉛粒子群に土壌微生物を植種した。   Next, the treatment liquid was filled in the treatment tank so as to be in contact with the positive electrode, the ion transfer layer, and the expanded graphite particle group. The liquid to be treated was a model waste solution having a total organic carbon (TOC) of 800 mg / L. Furthermore, in order to stabilize the proton supply property of the liquid to be treated, sodium hydrogencarbonate was added as a buffer to a concentration of 20 mM. Furthermore, soil microorganisms were inoculated to the expanded graphite particle group as an anaerobic microorganism source for generating power.

そして、水理学的滞留時間が24時間となるように、被処理液を処理槽に供給した。さらに、被処理液は、水温が30℃となるように調整した。そして、正極と膨張黒鉛粒子群の膨張黒鉛シートとを導線を用いて外部回路に接続することにより、本例の液体処理システムを得た。   Then, the liquid to be treated was supplied to the treatment tank so that the hydraulic retention time was 24 hours. Furthermore, the liquid to be treated was adjusted to have a water temperature of 30 ° C. Then, the positive electrode and the expanded graphite sheet of the expanded graphite particle group were connected to an external circuit using a conducting wire to obtain the liquid processing system of this example.

[比較例]
膨張黒鉛粒子群を設置しなかったこと以外は実施例と同様にして、本例の液体処理システムを得た。なお、この場合は、電子回収のために配置した膨張黒鉛シートが負極として機能する。
[Comparative example]
The liquid treatment system of this example was obtained in the same manner as in the example except that the expanded graphite particle group was not installed. In this case, the expanded graphite sheet disposed for electron collection functions as a negative electrode.

[評価]
実施例及び比較例の液体処理システムを約60日間稼働し、液体処理システムの定常出力を測定した。図9は、実施例の液体処理システムにおける稼働日数と定常出力との関係を示し、図10は、比較例の液体処理システムにおける稼働日数と定常出力との関係を示す。図9及び図10に示すように、実施例及び比較例の液体処理システムのいずれも、立ち上げから数日経過後、出力が250mW/m前後を推移する結果となった。
[Evaluation]
The liquid treatment systems of Examples and Comparative Examples were operated for about 60 days, and the steady-state output of the liquid treatment system was measured. FIG. 9 shows the relationship between working days and steady output in the liquid processing system of the example, and FIG. 10 shows the relationship between working days and steady output in the liquid processing system of the comparative example. As shown in FIGS. 9 and 10, in each of the liquid treatment systems of the example and the comparative example, the output changed about 250 mW / m 2 after several days after the start-up.

さらに、実施例及び比較例の液体処理システムで処理する前後における被処理液中の全有機体炭素濃度(TOC濃度)を測定した。全有機体炭素濃度は、全有機体炭素計を用いて測定した。そして、全有機体炭素の処理率(TOC処理率)を数式1より求めた。実施例及び比較例の液体処理システムを約60日間稼働させた際の、TOC処理率の変化を図9及び図10に合わせて示す。
(T:TOC処理率、T1:処理前のTOC濃度、T2:処理後のTOC濃度)
Furthermore, the total organic carbon concentration (TOC concentration) in the liquid to be treated before and after treatment with the liquid treatment system of the example and the comparative example was measured. The total organic carbon concentration was measured using a total organic carbon meter. Then, the treatment rate (TOC treatment rate) of total organic carbon was obtained from Formula 1. Changes in the TOC treatment rate when the liquid treatment systems of the example and the comparative example are operated for about 60 days are also shown in FIG. 9 and FIG.
(T: TOC treatment rate, T1: TOC concentration before treatment, T2: TOC concentration after treatment)

図9に示すように、実施例の液体処理システムは、TOC処理率が常に90%を超えており、最大で97%となった。これに対し、比較例の液体処理システムは、TOC処理率が80〜90%で推移しており、実施例と比べてTOC処理特性が低下していることが分かる。このことから、負極として膨張黒鉛粒子群を用いることにより、膨張黒鉛粒子群に多数の電流生成菌が担持され、さらに被処理液がそれらに十分に接触して流れることで、良好な出力特性およびTOC処理特性を得られることが分かる。   As shown in FIG. 9, in the liquid treatment system of the example, the TOC treatment rate always exceeded 90%, and reached up to 97%. On the other hand, in the liquid processing system of the comparative example, the TOC processing rate is changing at 80 to 90%, and it can be seen that the TOC processing characteristics are lowered compared to the example. From this, by using the expanded graphite particle group as the negative electrode, a large number of current generating bacteria are supported on the expanded graphite particle group, and further, the liquid to be treated flows sufficiently in contact with them, resulting in good output characteristics and It can be seen that TOC processing characteristics can be obtained.

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。具体的には、図面において、正極10及びイオン移動層30は、矩形状に形成されている。しかし、これらの形状は特に限定されず、液体処理システムの大きさ、及び所望の浄化性能等により任意に変更することができる。また、各層の面積も所望の機能が発揮できるならば、それぞれ任意に変更することができる。   As mentioned above, although this embodiment was described, this embodiment is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this embodiment. Specifically, in the drawings, the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30 are formed in a rectangular shape. However, these shapes are not particularly limited, and can be arbitrarily changed according to the size of the liquid treatment system, the desired purification performance, and the like. Also, the area of each layer can be arbitrarily changed as long as the desired function can be exhibited.

そして、本実施形態に係る液体処理システムは、有機性物質を含む液体、例えば各種産業の工場などから発生する廃水、下水などの有機性廃水の処理に広く適用できる。また、水域の環境改善などにも利用できる。   The liquid treatment system according to the present embodiment can be widely applied to the treatment of a liquid containing an organic substance, for example, wastewater generated from factories of various industries, and organic wastewater such as sewage. It can also be used to improve the environment of water areas.

1 電極ユニット
2 気相
10 正極
20 膨張黒鉛粒子群
60 被処理液
70 処理槽
71 流入口
72 流出口
80 外部回路
100,100A 液体処理システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 electrode unit 2 vapor phase 10 positive electrode 20 expanded graphite particle group 60 to-be-processed liquid 70 treatment tank 71 inlet 72 outlet 80 external circuit 100, 100A liquid processing system

Claims (7)

有機性物質を含む被処理液を保持する処理槽と、
前記処理槽の内部に設けられ、酸素を還元する正極を備える、一又は二以上の電極ユニットと、
前記処理槽の内部に設けられ、前記正極と電気的に接続し、さらに微生物を担持する膨張黒鉛粒子群と、
を備え、
前記処理槽に流入した前記被処理液の少なくとも一部が、前記膨張黒鉛粒子群の内部を通過する、液体処理システム。
A treatment tank for holding a liquid to be treated containing an organic substance;
One or more electrode units provided inside the processing tank and including a positive electrode that reduces oxygen,
Expanded graphite particles which are provided inside the treatment tank, are electrically connected to the positive electrode, and further carry a microorganism.
Equipped with
The liquid treatment system, wherein at least a part of the liquid to be treated that has flowed into the treatment tank passes through the inside of the expanded graphite particle group.
前記膨張黒鉛粒子群は自立する、請求項1に記載の液体処理システム。   The liquid processing system according to claim 1, wherein the expanded graphite particle group is self-supporting. 前記膨張黒鉛粒子群の密度が0.001g/cm〜0.1g/cmである、請求項1又は2に記載の液体処理システム。 The density of the expanded graphite particles is 0.001g / cm 3 ~0.1g / cm 3 , the liquid processing system according to claim 1 or 2. 前記膨張黒鉛粒子群の電気抵抗率が0.001Ω・cm〜0.1Ω・cmである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液体処理システム。   The liquid treatment system according to any one of claims 1 to 3, wherein an electrical resistivity of the expanded graphite particle group is 0.001 Ω · cm to 0.1 Ω · cm. 前記処理槽は、前記被処理液の流入口及び流出口を有し、
前記流入口と前記流出口との間に、前記電極ユニット及び前記膨張黒鉛粒子群が配置される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液体処理システム。
The treatment tank has an inlet and an outlet for the liquid to be treated,
The liquid processing system according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode unit and the expanded graphite particle group are disposed between the inlet and the outlet.
前記膨張黒鉛粒子群は、前記電極ユニットと前記処理槽との間、及び隣接する前記電極ユニットの間の少なくとも一方に設けられる、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液体処理システム。   The liquid processing system according to any one of claims 1 to 5, wherein the expanded graphite particle group is provided in at least one of between the electrode unit and the processing tank, and between the adjacent electrode units. 前記正極は前記被処理液に浸漬し、前記正極の少なくとも一部は気相に露出する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液体処理システム。   The liquid processing system according to any one of claims 1 to 6, wherein the positive electrode is immersed in the liquid to be treated, and at least a part of the positive electrode is exposed to a gas phase.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110182908A (en) * 2019-05-13 2019-08-30 浙江大学 A kind of expanded graphite electrode and its preparation method and application for the removal of heavy metal ions in wastewater electrochemistry

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