JP2020099853A - Liquid treatment system - Google Patents

Liquid treatment system Download PDF

Info

Publication number
JP2020099853A
JP2020099853A JP2018238455A JP2018238455A JP2020099853A JP 2020099853 A JP2020099853 A JP 2020099853A JP 2018238455 A JP2018238455 A JP 2018238455A JP 2018238455 A JP2018238455 A JP 2018238455A JP 2020099853 A JP2020099853 A JP 2020099853A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolytic solution
sludge
negative electrode
positive electrode
solution tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018238455A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
忠政 明彦
Akihiko Tadamasa
明彦 忠政
雄也 鈴木
Yuya Suzuki
雄也 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2018238455A priority Critical patent/JP2020099853A/en
Publication of JP2020099853A publication Critical patent/JP2020099853A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

To provide a liquid treatment system capable of suppressing a reduction of electric energy recovery efficiency and a big reduction of treating water quality accompanying a long period operation.SOLUTION: The liquid treatment system 1 includes an electrolyte tank 70 for storing an electrolyte 60 containing an organic substance, an anode 30 contacting the electrolyte 60 and carrying a microbe, and a cathode 20 contacting a gas phase G and electrically connected to the anode 30. The liquid treatment system 1 includes a measurement part 80 for measuring an accumulated extent of a sludge in the electrolyte tank 70, and a transfer part 90 for transferring the sludge accumulated in the electrolyte tank 70 from the electrolyte tank 70. The liquid treatment system 1 includes a control part 100 for controlling the transfer part 90 so as to transfer the sludge from the electrolyte tank 70 on the basis of a measured result measured by the measurement part 80.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、液体処理システムに関する。 The present invention relates to liquid treatment systems.

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の化学エネルギーを電気エネルギーに変換しつつ、その有機性物質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 been attracting attention as sustainable energy. The microbial fuel cell is a wastewater treatment device that converts chemical energy of organic substances contained in domestic wastewater and industrial wastewater into electric energy and oxidatively decomposes and treats the organic substances. Further, the microbial fuel cell has the characteristics that the generation of sludge is small and the 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(廃水)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が生成する。そして、生成した水素イオンは電解液を介して正極へ移動し、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、微生物燃料電池は、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。 The microbial fuel cell has a negative electrode supporting microorganisms and a positive electrode in contact with a gas phase containing oxygen and an electrolytic solution (wastewater). Then, while supplying an electrolytic solution containing an organic substance and the like to the negative electrode, a gas containing oxygen is supplied to the positive electrode. The negative electrode and the positive electrode form a closed circuit by connecting to each other via 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 via the electrolytic solution, and the electrons move to the positive electrode via the load circuit. Hydrogen ions and electrons transferred from the negative electrode combine with oxygen in the positive electrode and are consumed as water. At that time, the microbial fuel cell recovers the electric energy flowing in the closed circuit.

上記のような微生物燃料電池として、特許文献1に記載の微生物燃料電池が知られている。特許文献1に記載の微生物燃料電池は、有機性基質に浸漬して嫌気性微生物を担持させる負電極を備えている。また、微生物燃料電池は、少なくとも一部分がイオン透過性隔膜で形成された外殻と入出孔とを有する密閉型中空カセット内に電解液と共に封入し又はカセットの隔膜の内側に結合して有機性基質中に差し込む正電極を備えている。そして、微生物燃料電池は、入出孔経由でカセット内に酸素を供給しつつ負電極及び正電極を電気的に接続する回路経由で電気を取り出している。 As the microbial fuel cell as described above, the microbial fuel cell described in Patent Document 1 is known. The microbial fuel cell described in Patent Document 1 is equipped with a negative electrode that is immersed in an organic substrate to carry anaerobic microorganisms. In addition, the microbial fuel cell is an organic substrate that is enclosed with an electrolytic solution in a closed hollow cassette having an outer shell and an inlet/outlet hole, at least a part of which is formed of an ion-permeable diaphragm, or is bound to the inside of the diaphragm of the cassette. It has a positive electrode that plugs into it. Then, the microbial fuel cell takes out electricity through a circuit that electrically connects the negative electrode and the positive electrode while supplying oxygen into the cassette through the inlet/outlet hole.

特許文献1に記載の微生物燃料電池は、エネルギー回収効率を低下させずに、劣化した隔膜及び/又は正電極を交換している。しかしながら、微生物によって廃水を処理する場合、微生物に由来する汚泥が発生するおそれがある。 The microbial fuel cell described in Patent Document 1 replaces the deteriorated diaphragm and/or the positive electrode without lowering the energy recovery efficiency. However, when treating wastewater with microorganisms, sludge derived from microorganisms may be generated.

一方、特許文献2には、汚泥返流水の処理方法が記載されている。特許文献2に記載の汚泥返流水の処理方法では、汚泥返流水中の有機物を微生物燃料電池の燃料源とすることにより除去するに際し、微生物燃料電池の正極側に、酸素ガス又は空気中に含まれる酸素と硝化菌とを導入している。そして、微生物燃料電池で処理された溶液は、脱窒槽で窒素ガスが放出及び除去された後、凝集剤が添加され、凝集沈殿槽においてリン除去とともに固液分離される。 On the other hand, Patent Document 2 describes a method for treating sludge return water. In the method for treating sludge return water described in Patent Document 2, when the organic matter in the sludge return water is removed by using it as a fuel source for the microbial fuel cell, it is contained in oxygen gas or air on the positive electrode side of the microbial fuel cell. Oxygen and nitrifying bacteria are introduced. Then, the solution treated by the microbial fuel cell is subjected to nitrogen gas release and removal in a denitrification tank, and then a coagulant is added to the solution for solid-liquid separation along with phosphorus removal in the coagulation sedimentation tank.

特許第5164511号公報Japanese Patent No. 5164511 特許第4610977号公報Japanese Patent No. 4610977

しかしながら、特許文献2に記載の方法であっても、微生物燃料電池を長期間稼働させた場合、電解液槽の底部に汚泥が蓄積し、電極が埋もれてしまうため、電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の低下のおそれがある。また、汚泥の蓄積量は種々の条件に依存するため、汚泥の蓄積量に応じて効果的に汚泥を除去することが求められている。 However, even with the method described in Patent Document 2, when the microbial fuel cell is operated for a long period of time, sludge accumulates at the bottom of the electrolytic solution tank and the electrode is buried. There is a risk of deterioration of treated water quality. Further, since the amount of accumulated sludge depends on various conditions, it is required to effectively remove sludge according to the amount of accumulated sludge.

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、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下を抑制す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 related art. An object of the present invention is to provide a liquid treatment system capable of suppressing a decrease in electric energy recovery efficiency and a great decrease in treated water quality due to long-term operation.

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、有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、電解液と接触し、微生物を担持する負極と、気相と接触し、負極と電気的に接続される正極と、を備える。液体処理システムは、電解液槽内の汚泥の蓄積の程度を測定する測定部と、電解液槽に蓄積された汚泥を電解液槽から移送させる移送部と、を備える。液体処理システムは、測定部により測定された測定結果に基づいて、汚泥を電解液槽から移送させるよう移送部を制御する制御部を備える。 In order to solve the above problems, a liquid treatment system according to an aspect of the present invention is an electrolytic solution tank that stores an electrolytic solution containing an organic substance, a negative electrode that is in contact with the electrolytic solution and carries microorganisms, and a gas phase. A positive electrode in contact with and electrically connected to the negative electrode. The liquid treatment system includes a measuring unit that measures the degree of sludge accumulation in the electrolytic solution tank, and a transfer unit that transfers the sludge accumulated in the electrolytic solution tank from the electrolytic solution tank. The liquid treatment system includes a control unit that controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on the measurement result measured by the measurement unit.

本開示によれば、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下を抑制す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 disclosure, it is possible to provide a liquid treatment system capable of suppressing a decrease in electric energy recovery efficiency and a large decrease in treated water quality due to long-term operation.

本実施形態に係る液体処理システムの一例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly an example of the liquid processing system which concerns on this embodiment. 図1中のA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing which followed the AA line in FIG. 液体処理システムにおける電極ユニットの一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view showing an example of an electrode unit in a liquid treatment system. 本実施形態に係る液体処理システムの別の例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematically another example of the liquid processing system which concerns on this embodiment. 図4中のB−B線に沿った断面図である。It is sectional drawing which followed the BB line in FIG. 本実施形態に係る液体処理システムの別の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the liquid processing system which concerns on this embodiment schematically. 汚泥の移送方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the transfer method of sludge.

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 this embodiment will be described in detail. It should be noted that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

本実施形態に係る液体処理システム1は、図1に示すように、微生物を担持する負極30と、負極30と電気的に接続される正極20と、を有する電極ユニット10を備えている。また、液体処理システム1は、有機性物質を含む電解液60を収容し、さらに電極ユニット10が電解液60に浸漬するように配置される電解液槽70を備えている。 As shown in FIG. 1, the liquid treatment system 1 according to the present embodiment includes an electrode unit 10 having a negative electrode 30 supporting microorganisms and a positive electrode 20 electrically connected to the negative electrode 30. Further, the liquid processing system 1 includes an electrolytic solution tank 70 that accommodates an electrolytic solution 60 containing an organic substance, and that is further arranged so that the electrode unit 10 is immersed in the electrolytic solution 60.

[電極ユニット]
電極ユニット10は、図1〜図3に示すように、正極20、負極30及びイオン移動層25を有する電極接合体55を備えている。電極ユニット10において、イオン移動層25の一方の面25aに正極20が接触するように配置されており、イオン移動層25の面25aと反対側の面25bに負極30が接触するように配置されている。
[Electrode unit]
As shown in FIGS. 1 to 3, the electrode unit 10 includes an electrode assembly 55 having a positive electrode 20, a negative electrode 30, and an ion transfer layer 25. In the electrode unit 10, the positive electrode 20 is arranged so as to contact one surface 25a of the ion transfer layer 25, and the negative electrode 30 is arranged so as to contact the surface 25b of the ion transfer layer 25 opposite to the surface 25a. ing.

図3に示すように、電極接合体55は、スペーサ部材40に積層して固定されている。スペーサ部材40は、正極20における面20a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、スペーサ部材40は、2本の第一柱状部材41の底面を第二柱状部材42で連結した枠部材である。そして、図2に示すように、スペーサ部材40の側面43は、正極20の面20aの外周部と接合されており、側面43の反対側の側面44は、板部材50の面50aの外周部と接合されている。 As shown in FIG. 3, the electrode assembly 55 is laminated and fixed to the spacer member 40. The spacer member 40 is a U-shaped frame member that extends along the outer periphery of the surface 20 a of the positive electrode 20, and has an open top. That is, the spacer member 40 is a frame member in which the bottom surfaces of the two first columnar members 41 are connected by the second columnar member 42. Then, as shown in FIG. 2, the side surface 43 of the spacer member 40 is joined to the outer peripheral portion of the surface 20 a of the positive electrode 20, and the side surface 44 opposite to the side surface 43 is the outer peripheral portion of the surface 50 a of the plate member 50. It is joined with.

図1及び図2に示すように、電極接合体55とスペーサ部材40と板部材50とを積層してなる電極ユニット10は、大気と連通した気相Gが形成されるように、電解液槽70の内部に配置される。電解液槽70の内部には廃水である電解液60が保持されており、正極20のガス拡散層22、負極30及びイオン移動層25は電解液60に浸漬されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrode unit 10 formed by laminating the electrode assembly 55, the spacer member 40, and the plate member 50 has an electrolytic solution tank so that a gas phase G communicating with the atmosphere is formed. It is arranged inside 70. The electrolytic solution 60, which is waste water, is held inside the electrolytic solution tank 70, and the gas diffusion layer 22, the negative electrode 30, and the ion transfer layer 25 of the positive electrode 20 are immersed in the electrolytic solution 60.

後述するように、正極20は撥水性を有する撥水層21を備えており、板部材50は電解液60を透過しない平板状の板材からなる。そのため、電解液槽70の内部に保持された電解液60と、電極接合体55、スペーサ部材40及び板部材50により形成された内部空間とは隔てられ、当該内部空間は気相Gとなっている。そして、液体処理システム1では、この気相Gが外気に開放されるか、あるいは気相G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。さらに、正極20及び負極30は、それぞれ図示しない外部回路と電気的に接続されている。 As will be described later, the positive electrode 20 includes a water-repellent layer 21 having water repellency, and the plate member 50 is made of a flat plate material that does not allow the electrolytic solution 60 to pass therethrough. Therefore, the electrolytic solution 60 held inside the electrolytic solution tank 70 is separated from the internal space formed by the electrode assembly 55, the spacer member 40, and the plate member 50, and the internal space becomes the gas phase G. There is. In the liquid processing system 1, the gas phase G is opened to the outside air, or the gas phase G is supplied with air from the outside by, for example, a pump. Furthermore, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are electrically connected to an external circuit (not shown).

(正極)
本実施形態に係る正極20は、図2に示すように、撥水層21と、撥水層21に接触するように重ねられているガス拡散層22とを備えるガス拡散電極からなる。そして、正極20のガス拡散層22がイオン移動層25と接触し、撥水層21が気相G側に露出している。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G中の酸素を正極20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 20 according to the present embodiment is composed of a gas diffusion electrode including a water repellent layer 21 and a gas diffusion layer 22 that is stacked so as to contact the water repellent layer 21. The gas diffusion layer 22 of the positive electrode 20 is in contact with the ion transfer layer 25, and the water repellent layer 21 is exposed on the gas phase G side. By using such a thin plate-shaped gas diffusion electrode, it becomes possible to easily supply oxygen in the gas phase G to the catalyst in the positive electrode 20.

<撥水層>
正極20における撥水層21は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層21は、電極ユニット10における電気化学系中の気相Gと液相とを良好に分離しながら、気相G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21は、気相G中の酸素を透過してガス拡散層22へ移動させつつも、電解液60が気相G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 21 of the positive electrode 20 is a layer having both water repellency and oxygen permeability. The water-repellent layer 21 is configured to allow the movement of oxygen from the gas phase G to the liquid phase while favorably separating the gas phase G and the liquid phase in the electrochemical system in the electrode unit 10. That is, the water-repellent layer 21 allows oxygen in the vapor phase G to permeate and move to the gas diffusion layer 22, while suppressing the movement of the electrolytic solution 60 to the vapor phase G side. The term “separation” as used herein means to physically cut off.

撥水層21は、酸素を含む気相Gと接触しており、気相G中の酸素を拡散している。そして、撥水層21は、図2に示す構成では、ガス拡散層22に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層21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21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21の内部に電解液60が染み込み難いため、撥水層21における気相Gと接触する面からガス拡散層22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 21 is in contact with the gas phase G containing oxygen and diffuses oxygen in the gas phase G. In the configuration shown in FIG. 2, the water repellent layer 21 supplies oxygen to the gas diffusion layer 22 substantially uniformly. Therefore, the water repellent layer 21 is preferably a porous body so that the oxygen can be diffused. Since the water-repellent layer 21 has water repellency, it is possible to prevent the pores of the porous body from being clogged due to dew condensation or the like to reduce the oxygen diffusivity. Further, since the electrolytic solution 60 is unlikely to soak into the water repellent layer 21, oxygen can be efficiently circulated from the surface of the water repellent layer 21 that contacts the gas phase G to the surface that faces the gas diffusion layer 22. Becomes

撥水層21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21を構成する材料は、撥水性を有し、気相G中の酸素を拡散できれば特に限定されない。撥水層21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21は、撥水層21及びガス拡散層22の積層方向Xに貫通する複数の貫通孔を有することが好ましい。 The water repellent layer 21 is preferably formed in a sheet shape. The material forming the water repellent layer 21 is not particularly limited as long as it has water repellency and can diffuse oxygen in the gas phase G. Examples of the material forming the water-repellent layer 21 include polyethylene, polypropylene, polybutadiene, nylon, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethyl cellulose, 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 have high water repellency, it is possible to suppress clogging of pores and improve gas diffusivity. The water repellent layer 21 preferably has a plurality of through holes penetrating in the stacking direction X of the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22.

撥水層21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 21, for example, a waterproof moisture permeable sheet can be used. As the waterproof and moisture-permeable sheet, for example, Serpore (registered trademark) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. and Breathlon (registered trademark) manufactured by Nitoms Co., Ltd. can be used.

撥水層21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21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 21 may be subjected to water-repellent treatment using a water-repellent agent, if necessary, in order to enhance water repellency. Specifically, water repellency may be improved by attaching a water repellent agent such as polytetrafluoroethylene to the porous body forming the water repellent layer 21.

<ガス拡散層>
正極20におけるガス拡散層22は、多孔質な導電性材料と、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22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20にこのようなガス拡散層22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22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、電子が外部回路からガス拡散層22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 22 in the positive electrode 20 preferably includes a porous conductive material and a catalyst carried by the conductive material. The gas diffusion layer 22 may be composed of a porous catalyst having conductivity. By providing such a gas diffusion layer 22 on the positive electrode 20, it becomes possible to conduct electrons generated by a local cell reaction, which will be described later, between the catalyst and the external circuit. That is, as will be described later, the gas diffusion layer 22 carries a catalyst, and the catalyst is an oxygen reduction catalyst. Then, the electrons move from the external circuit to the catalyst through the gas diffusion layer 22, so that the catalyst can advance the oxygen reduction reaction by oxygen, hydrogen ions and electrons.

正極20では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層21及びガス拡散層22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22は、撥水層21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22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22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 20, it is preferable that oxygen permeates the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22 and is supplied to the catalyst in order to ensure stable performance. Therefore, it is preferable that the gas diffusion layer 22 is a porous body having a large number of pores through which oxygen permeates, from the surface facing the water repellent layer 21 to the surface opposite thereto. In addition, the shape of the gas diffusion layer 22 is particularly preferably a three-dimensional mesh shape. Such a mesh shape makes it possible to impart high oxygen permeability and conductivity to the gas diffusion layer 22.

正極20において、ガス拡散層22に効率的に酸素を供給するために、撥水層21は、接着剤を介してガス拡散層22と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層22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21とガス拡散層22との間の接着性を確保する観点から、撥水層21とガス拡散層22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21とガス拡散層22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22に供給する観点から、接着剤は撥水層21とガス拡散層22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 20, in order to efficiently supply oxygen to the gas diffusion layer 22, the water repellent layer 21 is preferably bonded to the gas diffusion layer 22 with an adhesive. Thereby, the diffused oxygen is directly supplied to the gas diffusion layer 22, and the oxygen reduction reaction can be efficiently performed. From the viewpoint of ensuring the adhesiveness between the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22, the adhesive is preferably provided on at least part of the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22. However, from the viewpoint of enhancing the adhesiveness between the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22 and stably supplying oxygen to the gas diffusion layer 22 for a long period of time, the adhesive is the water repellent layer 21 and the gas diffusion layer 22. It is more preferable that it is provided on the entire surface between 22 and 22.

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 preferably has oxygen permeability and contains at least one selected from the group consisting of polymethylmethacrylate, methacrylic acid-styrene copolymer, styrene-butadiene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber and silicone. A resin can be used.

ここで、本実施形態における正極20のガス拡散層22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22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 22 of the positive electrode 20 in this embodiment will be described in more detail. As described above, the gas diffusion layer 22 can be configured to include the porous conductive material and the catalyst carried by the conductive material.

ガス拡散層22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、カーボンホイル、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 22 can be composed of, for example, one or more materials selected from the group consisting of carbon-based substances, conductive polymers, semiconductors and metals. Here, the carbon-based substance means a substance containing carbon as a constituent component. Examples of carbon-based materials include carbon powders such as graphite, activated carbon, carbon black, Vulcan (registered trademark) XC-72R, acetylene black, furnace black, and denka black, graphite felt, carbon wool, carbon woven cloth, and the like. Examples thereof include carbon fibers, carbon plates, carbon paper, carbon disks, carbon cloth, carbon foil, and carbon-based materials obtained by compression-molding carbon particles. In addition, examples of the carbon-based material also include fine-structured materials such as carbon nanotubes, carbon nanohorns, and carbon nanoclusters.

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 general term for polymer compounds having conductivity. Examples of the conductive polymer include aniline, aminophenol, diaminophenol, pyrrole, thiophene, paraphenylene, fluorene, furan, acetylene or a single monomer having a derivative thereof as a constituent unit or a polymer of two or more kinds of monomers. Can be mentioned. Specifically, examples of the conductive polymer include polyaniline, polyaminophenol, polydiaminophenol, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, polyfluorene, polyfuran, and polyacetylene. Examples of the conductive material made of metal include a stainless mesh. In consideration of availability, cost, corrosion resistance, durability, etc., the conductive material is preferably a carbon-based substance.

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 a powder shape or a fiber shape. Moreover, the conductive material may be supported by a support. The support means a member which has rigidity itself and can give a certain shape to the gas diffusion electrode. 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, water-resistant or water-repellent treated paper, plant pieces such as wood pieces, bone pieces, animal pieces such as shells, and the like. .. Examples of the support having a porous structure include porous ceramics, porous plastics and sponges. When the support is a conductor, examples of the support include carbon papers, carbon fibers, carbon-based substances such as carbon rods, metals, and conductive polymers.

ガス拡散層22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 22 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) and zirconium carbonitride (ZrCNO), tungsten. Alternatively, a carbide-based catalyst using molybdenum, activated carbon or the like can be used.

ガス拡散層22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 22 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 preferably 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, particularly as a catalyst for 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、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種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。 It is preferable that the carbon-based material is further doped with at least one non-metal atom selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. The amount of non-metal atoms doped in the carbon-based material may 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 a metal atom and one or more non-metal atoms selected from nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. It can be obtained.

炭素系材料にドープされてい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 non-metal atoms doped in the carbon-based material is appropriately selected. In particular, it is preferable that the non-metal atom contains nitrogen and the metal atom contains iron. In this case, the carbon-based material can have a particularly excellent catalytic activity. The non-metal atom may be only nitrogen, and 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 non-metal atom may include nitrogen and the metal atom may include at least one of cobalt and manganese. Also in this case, the carbon-based material can have a particularly excellent catalytic activity. The non-metal atom may be nitrogen only. Further, 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22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 particle shape or a sheet shape. The size of the carbon-based material having a sheet shape is not particularly limited, and the carbon-based material may have a minute size, for example. The carbonaceous material having a sheet shape may be porous. The sheet-shaped and porous carbon-based material preferably has, for example, a woven cloth shape, a non-woven cloth shape, or the like. Such a carbon-based material can form the gas diffusion layer 22 without a conductive material.

ガス拡散層22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 the catalyst in the gas diffusion layer 22 can be prepared as follows. First, a mixture containing a non-metal compound containing at least one non-metal selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus, a metal compound, and a carbon source material is prepared. Then, this mixture is heated at a temperature of 800° C. or higher and 1000° C. or lower for 45 seconds or more and less than 600 seconds. As a result, it is possible to obtain a carbon-based material configured as a catalyst.

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, for example, graphite or amorphous carbon can be used as described above. Furthermore, the metal compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a metal atom capable of coordinatively bonding with a non-metal atom doped in the carbon source material. Examples of the metal compound 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. When the graphite is doped with cobalt, the metal compound preferably contains cobalt chloride. When the carbon source material is doped with manganese, the metal compound preferably contains manganese acetate. The amount of the metal compound used is preferably determined, for example, so that the ratio of the metal atom in the metal compound to the carbon source material is in the range of 5 to 30% by mass, and further, this ratio is 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、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。 As described above, the non-metal compound is preferably at least one non-metal compound selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. Examples of the nonmetallic compound include pentaethylenehexamine, ethylenediamine, tetraethylenepentamine, triethylenetetramine, octylboronic acid, 1,2-bis(diethylphosphinoethane), triphenyl phosphite, and benzyl disulfide. At least one compound selected from the group consisting of can be used. The amount of the non-metal compound used is appropriately set according to the amount of the non-metal atom doped into the carbon source material. The amount of the non-metal compound used is preferably determined such that the molar ratio of the metal atom in the metal compound to the non-metal atom in the non-metal compound is in the range of 1:1 to 1:2. , 1:1.5 to 1:1.8 is more preferably determined.

ガス拡散層22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 22, 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 by using a binder. This can prevent the catalyst from being desorbed from the conductive material and deteriorating the oxygen reduction property. As the binder, it is preferable to use 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 the binder.

(負極)
本実施形態に係る負極30は、後述する微生物を担持し、さらに微生物の触媒作用により、電解液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。そのため、負極30は、このような機能を生じさせる構成ならば特に限定されない。
(Negative electrode)
The negative electrode 30 according to the present embodiment has a function of supporting microorganisms described later, and further has a function of generating hydrogen ions and electrons from at least one of the organic substance and the nitrogen-containing compound in the electrolytic solution 60 by the catalytic action of the microorganisms. Therefore, the negative electrode 30 is not particularly limited as long as it has a configuration that causes such a function.

負極30は、導電性を有する導電体シートに微生物を担持した構造を有する。導電体シートは、多孔質の導電体シート、織布状の導電体シート及び不織布状の導電体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、導電体シートは複数のシートを積層した積層体でもよい。負極30の導電体シートとして、このような複数の細孔を有するシートを用いることにより、後述する局部電池反応で生成した水素イオンが正極20の方向へ移動しやすくなり、酸素還元反応の速度を高めることが可能となる。また、イオン透過性を向上させる観点から、負極30の導電体シートは、正極20、イオン移動層25及び負極30の積層方向X、つまり厚さ方向に連続した空間(空隙)を有していることが好ましい。 The negative electrode 30 has a structure in which microorganisms are carried on a conductive sheet having conductivity. The conductor sheet preferably comprises at least one selected from the group consisting of a porous conductor sheet, a woven cloth-like conductor sheet and a non-woven cloth-like conductor sheet. Further, the conductor sheet may be a laminated body in which a plurality of sheets are laminated. By using such a sheet having a plurality of pores as the conductor sheet of the negative electrode 30, hydrogen ions generated by a local cell reaction described later easily move toward the positive electrode 20, and the rate of the oxygen reduction reaction is increased. It is possible to raise it. From the viewpoint of improving ion permeability, the conductor sheet of the negative electrode 30 has a continuous space (void) in the stacking direction X of the positive electrode 20, the ion transfer layer 25, and the negative electrode 30, that is, in the thickness direction. It is preferable.

当該導電体シートは、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する金属板であってもよい。そのため、負極30の導電体シートを構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの導電性金属、並びにカーボンペーパー、カーボンフェルト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る。 The conductor sheet may be a metal plate having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction. Therefore, as the material forming the conductor sheet of the negative electrode 30, for example, at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, stainless steel, conductive metals such as nickel and titanium, and carbon paper and carbon felt is used. be able to.

負極30の導電体シートとして、黒鉛シートを用いてもよい。また、負極30は黒鉛を含有し、さらに黒鉛におけるグラフェン層は、正極20、イオン移動層25及び負極30の積層方向Xに垂直な方向YZの面に沿って配列していることが好ましい。グラフェン層がこのように配列していることにより、積層方向Xの導電性よりも、積層方向Xに垂直な方向YZの導電性が向上する。そのため、負極30の局部電池反応により生成した電子を外部回路へ導通させやすくなり、電池反応の効率をより向上させることが可能となる。 A graphite sheet may be used as the conductor sheet of the negative electrode 30. In addition, it is preferable that the negative electrode 30 contains graphite, and that the graphene layers in the graphite are arranged along the plane of the positive electrode 20, the ion transfer layer 25, and the negative electrode 30 in the direction YZ perpendicular to the stacking direction X. By arranging the graphene layers in this manner, the conductivity in the direction YZ perpendicular to the stacking direction X is improved rather than the conductivity in the stacking direction X. Therefore, the electrons generated by the local battery reaction of the negative electrode 30 are easily conducted to the external circuit, and the efficiency of the battery reaction can be further improved.

負極30に担持される微生物としては、電解液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微生物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、電解液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 microorganisms supported on the negative electrode 30 are not particularly limited as long as they are microorganisms that decompose an organic substance or a nitrogen-containing compound in the electrolytic solution 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 to oxidize and decompose the organic substances in the electrolytic solution 60. Therefore, the electric power required to send the air can be significantly reduced. Moreover, since the free energy acquired by the microorganisms is small, the amount of sludge generated can be reduced.

負極30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、負極30の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。また、負極30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。 When the microorganisms carried on the negative electrode 30 are anaerobic microorganisms, it is preferable to keep the periphery of the negative electrode 30 in an anaerobic atmosphere in order to enhance the activity of the anaerobic microorganisms. Further, the anaerobic microorganisms retained on the negative electrode 30 are preferably, for example, electro-producing bacteria having an extracellular electron transfer mechanism. Specifically, examples of the anaerobic microorganisms include Geobacter genus bacteria, Shewanella genus bacteria, Aeromonas genus bacteria, Geothrix genus bacteria, and Saccharomyces genus bacteria.

負極30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、負極30に微生物が保持されていてもよい。具体的には、負極30における電解液60と直接接触する面30a及び面30bに対して、微生物を含むバイオフィルムが固定されていてもよい。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負極30に保持されていてもよい。また、微生物は、負極30の表面だけでなく、内部に保持されていてもよい。 The microorganisms may be retained in the negative electrode 30 by stacking and fixing the biofilm containing the microorganisms on the negative electrode 30. Specifically, a biofilm containing microorganisms may be fixed to the surfaces 30a and 30b of the negative electrode 30 that are in direct contact with the electrolytic solution 60. In addition, a 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 microorganism may be retained on the negative electrode 30 without depending on the biofilm. The microorganisms may be retained not only on the surface of the negative electrode 30 but also inside.

負極30には、例えば、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、電解液槽70内の電解液60は、電子伝達メディエーター分子を含んでいてもよい。これにより、微生物から負極30への電子移動を促進し、より効率的な液体処理を実現できる。 The negative electrode 30 may be modified with, for example, an electron transfer mediator molecule. Alternatively, the electrolytic solution 60 in the electrolytic solution tank 70 may include electron transfer mediator molecules. As a result, electron transfer from the microorganisms to the negative electrode 30 is promoted, and more efficient liquid treatment can be realized.

具体的には、微生物による代謝機構では、細胞内又は最終電子受容体との間で電子の授受が行われる。電解液60中にメディエーター分子を導入すると、メディエーター分子が代謝の最終電子受容体として作用し、かつ、受け取った電子を負極30へと受け渡す。この結果、電解液60における有機性物質などの酸化分解速度を高めることが可能になる。このような電子伝達メディエーター分子は、特に限定されない。電子伝達メディエーター分子としては、例えばニュートラルレッド、アントラキノン−2,6−ジスルホン酸(AQDS)、チオニン、フェリシアン化カリウム、及びメチルビオローゲン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る。 Specifically, in the metabolic mechanism of microorganisms, electrons are exchanged intracellularly or with the final electron acceptor. When the mediator molecule is introduced into the electrolytic solution 60, the mediator molecule acts as the final electron acceptor for metabolism, and transfers the received electron to the negative electrode 30. As a result, it becomes possible to increase the rate of oxidative decomposition of the organic substance in the electrolytic solution 60. Such an electron transfer mediator molecule is not particularly limited. As the electron transfer mediator molecule, for example, at least one selected from the group consisting of neutral red, anthraquinone-2,6-disulfonic acid (AQDS), thionine, potassium ferricyanide, and methyl viologen can be used.

(イオン移動層)
電極ユニット10は、正極20と負極30との間に設けられ、プロトン透過性を有するイオン移動層25をさらに備えていてもよい。そして、図1及び図2に示すように、負極30は、イオン移動層25を介して正極20と隔てられている。イオン移動層25は、負極30で生成した水素イオンを透過し、正極20側へ移動させる機能を有している。
(Ion transfer layer)
The electrode unit 10 may be provided between the positive electrode 20 and the negative electrode 30, and may further include an ion transfer layer 25 having proton permeability. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode 30 is separated from the positive electrode 20 via the ion transfer layer 25. The ion transfer layer 25 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the negative electrode 30 and moving the hydrogen ions to the positive electrode 20 side.

イオン移動層25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 25, 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 Selemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.

また、イオン移動層25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25は、負極30から正極20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25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25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25の細孔径は、負極30から正極20に水素イオンが移動できれば特に限定されない。 Further, as the ion transfer layer 25, a porous film having pores through which hydrogen ions can permeate may be used. That is, the ion transfer layer 25 may be a sheet having a space (void) for hydrogen ions to move from the negative electrode 30 to the positive electrode 20. Therefore, the ion transfer layer 25 preferably 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 25 can use 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 formed by laminating a plurality of these. Since such a porous sheet has many pores inside, hydrogen ions can easily move. The pore size of the ion transfer layer 25 is not particularly limited as long as hydrogen ions can move from the negative electrode 30 to the positive electrode 20.

上述のように、イオン移動層25は、負極30で生成した水素イオンを透過し、正極20側へ移動させる機能を有する。そのため、例えば、負極30と正極20とが接触しない状態で近接していれば、水素イオンが負極30から正極20へ移動することができる。したがって、本実施形態の液体処理システム1において、イオン移動層25は必須の構成要素ではない。ただ、イオン移動層25を設けることにより、負極30から正極20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25を設けることが好ましい。なお、正極20とイオン移動層25との間に空隙が設けられていてもよく、負極30とイオン移動層25との間に空隙が設けられていてもよい。 As described above, the ion transfer layer 25 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the negative electrode 30 and moving them to the positive electrode 20 side. Therefore, for example, if the negative electrode 30 and the positive electrode 20 are close to each other without contacting with each other, hydrogen ions can move from the negative electrode 30 to the positive electrode 20. Therefore, in the liquid processing system 1 of this embodiment, the ion transfer layer 25 is not an essential component. However, by providing the ion transfer layer 25, hydrogen ions can be efficiently transferred from the negative electrode 30 to the positive electrode 20, and therefore the ion transfer layer 25 is preferably provided from the viewpoint of improving the output. It should be noted that a gap may be provided between the positive electrode 20 and the ion transfer layer 25, or a gap may be provided between the negative electrode 30 and the ion transfer layer 25.

電極ユニット10において、スペーサ部材40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。 In the electrode unit 10, the entire upper part of the spacer member 40 is open, but it may be partially open or closed if it is possible to introduce air (oxygen) into the interior. Good.

正極20及び負極30には、図示しない外部回路が電気的に接続されている。負極30に担持された微生物の触媒作用により、電解液60中の有機性物質が分解されて電子が生成する。負極30で生成した電子は外部回路へ移動し、さらに外部回路から正極20に移動する。このとき、外部回路によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収することができる。 An external circuit (not shown) is electrically connected to the positive electrode 20 and the negative electrode 30. The catalytic action of the microorganisms carried on the negative electrode 30 decomposes the organic substance in the electrolytic solution 60 to generate electrons. The electrons generated in the negative electrode 30 move to the external circuit, and further move from the external circuit to the positive electrode 20. At this time, the electric energy flowing through the closed circuit can be recovered by the external circuit.

具体的には、例えば電解液60が有機物としてグルコースを含有する場合、以下の局部電池反応により、二酸化炭素、水素イオン及び電子を生成している。
・負極30(アノード):C12+6HO→6CO+24H+24e
・正極20(カソード):6O+24H+24e→12H
このように、電解液60中の有機性物質が負極30に接触して酸化分解されるため、液体処理システム1は、電解液60中の有機性物質から電気エネルギーを回収し、電解液60を浄化することができる。
Specifically, for example, when the electrolytic solution 60 contains glucose as an organic substance, carbon dioxide, hydrogen ions and electrons are generated by the following local cell reaction.
· Anode 30 (anode): C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 24H + + 24e -
・Positive electrode 20 (cathode): 6O 2 +24H + +24e →12H 2 O
In this way, since the organic substance in the electrolytic solution 60 comes into contact with the negative electrode 30 and is oxidatively decomposed, the liquid treatment system 1 recovers the electric energy from the organic substance in the electrolytic solution 60, so that the electrolytic solution 60 is discharged. Can be purified.

なお、本実施形態では、電極接合体55がスペーサ部材40に積層して固定された電極ユニット10を電解液60に浸漬させた例について説明している。しかしながら、液体処理システム1は、電解液60と接触し、微生物を担持する負極30と、気相Gと接触し、負極30と電気的に接続される正極20と、を備えていれば、電気エネルギーを回収し、電解液60を浄化することができる。したがって、本実施形態の液体処理システム1において、スペーサ部材40は必須の構成要素でない。例えば、正極20を電解液60の水面61に浮かべ、負極30を電解液60に沈ませることによっても、正極20の一部は気相Gと接触することができる。なお、このような構成の場合、正極20は撥水層21を備えなくてもよい。また、正極20がスペーサ部材40に積層されておらず、正極20の鉛直方向において、下半分が電解液60に浸漬され、上半分が電解液60の液面61上の気相Gと接触していてもよい。また、正極20が電解液槽70の壁の一部を構成しており、正極20の一方の面20aが電解液槽70の外側の気相Gと接触し、正極20における面20aと反対側の面が電解液60と接触していてもよい。 In the present embodiment, an example is described in which the electrode unit 10 in which the electrode assembly 55 is laminated and fixed on the spacer member 40 is immersed in the electrolytic solution 60. However, if the liquid treatment system 1 includes the negative electrode 30 that is in contact with the electrolytic solution 60 and carries microorganisms, and the positive electrode 20 that is in contact with the gas phase G and is electrically connected to the negative electrode 30, the liquid processing system 1 is Energy can be recovered and the electrolytic solution 60 can be purified. Therefore, in the liquid treatment system 1 of this embodiment, the spacer member 40 is not an essential component. For example, a part of the positive electrode 20 can be brought into contact with the gas phase G by floating the positive electrode 20 on the water surface 61 of the electrolytic solution 60 and submerging the negative electrode 30 in the electrolytic solution 60. In addition, in such a structure, the positive electrode 20 does not need to include the water-repellent layer 21. Further, the positive electrode 20 is not laminated on the spacer member 40, and in the vertical direction of the positive electrode 20, the lower half is immersed in the electrolytic solution 60, and the upper half is in contact with the gas phase G on the liquid surface 61 of the electrolytic solution 60. May be. Further, the positive electrode 20 constitutes a part of the wall of the electrolytic solution tank 70, one surface 20 a of the positive electrode 20 contacts the gas phase G outside the electrolytic solution tank 70, and the surface 20 a of the positive electrode 20 opposite to the surface 20 a. May be in contact with the electrolytic solution 60.

また、図面において、電極ユニット10における正極20、負極30及びイオン移動層25、並びに板部材50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1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。 Further, in the drawings, the positive electrode 20, the negative electrode 30, the ion transfer layer 25, and the plate member 50 in the electrode unit 10 are formed in a rectangular shape. However, these shapes are not particularly limited, and can be arbitrarily changed depending on the size of the liquid treatment system 1, 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.

[電解液槽]
液体処理システム1は、有機性物質を含む電解液60を収容する電解液槽70を備えている。電解液槽70は略直方体状の形状をしており、電解液槽70の前壁73には、電解液60を電解液槽70に供給するための流入部71が設けられている。電解液槽70の後壁74には、処理後の電解液60を電解液槽70から排出するための流出部72が設けられている。
[Electrolyte tank]
The liquid processing system 1 includes an electrolytic solution tank 70 that stores an electrolytic solution 60 containing an organic substance. The electrolytic solution tank 70 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a front wall 73 of the electrolytic solution tank 70 is provided with an inflow portion 71 for supplying the electrolytic solution 60 to the electrolytic solution tank 70. The rear wall 74 of the electrolytic solution tank 70 is provided with an outflow portion 72 for discharging the treated electrolytic solution 60 from the electrolytic solution tank 70.

電解液60は、流入部71を通じて電解液槽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10は、電解液60に浸漬するように電解液槽70の内部に配置されている。そのため、電解液槽70の流入部71から供給された電解液60は、電極ユニット10に接触しながら流れ、その後、流出部72から排出される。 The electrolytic solution 60 is continuously supplied into the electrolytic solution tank 70 through the inflow portion 71. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the electrode unit 10 is arranged inside the electrolytic solution tank 70 so as to be immersed in the electrolytic solution 60. Therefore, the electrolytic solution 60 supplied from the inflow section 71 of the electrolytic solution tank 70 flows while contacting the electrode unit 10, and then discharged from the outflow section 72.

[測定部]
液体処理システム1を長期間稼働させた場合、電解液槽70の底部に汚泥が蓄積し、電極が埋もれてしまうため、電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の低下のおそれがある。このような汚泥が電解液槽70の底部に蓄積し、正極20及び負極30の少なくともいずれか一方が汚泥で覆われてしまうと、液体処理システム1による電気化学反応が阻害される場合がある。そのため、電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下のおそれがある。
[Measuring section]
When the liquid treatment system 1 is operated for a long period of time, sludge accumulates at the bottom of the electrolytic solution tank 70 and the electrodes are buried, so there is a risk that the electric energy recovery efficiency will decrease and the treated water quality will decrease. If such sludge accumulates at the bottom of the electrolytic solution tank 70 and at least one of the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is covered with sludge, the electrochemical reaction by the liquid treatment system 1 may be hindered. Therefore, there is a possibility that the efficiency of recovering electric energy and the quality of treated water may deteriorate significantly.

そこで、本実施形態に係る液体処理システム1は、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定する測定部80と、電解液槽70に蓄積された汚泥を電解液槽70から移送させる移送部90と、を備えている。そして、液体処理システム1は、後述するように、測定部80により測定された測定結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御する制御部100を備えている。そのため、本実施形態に係る液体処理システム1によれば、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下を抑制することができる。 Therefore, in the liquid processing system 1 according to the present embodiment, a measuring unit 80 that measures the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 and a transfer that transfers the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 from the electrolytic solution tank 70. And a section 90. Then, the liquid treatment system 1 includes a control unit 100 that controls the transfer unit 90 so as to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the measurement result measured by the measurement unit 80, as described later. Therefore, according to the liquid treatment system 1 of the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the electrical energy recovery efficiency and a large decrease in the quality of treated water due to long-term operation.

上述のように、測定部80は、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定する。具体的な測定方法は特に限定されないが、負極30及び正極20の少なくともいずれか一方が測定部80による測定に利用されていることが好ましい。液体処理システム1が備えている負極30及び正極20の少なくともいずれか一方を利用することによって、簡易な構成によって、汚泥の蓄積の程度を測定することができる。すなわち、測定部80は、正極20のみ又は負極30のみを利用して汚泥の蓄積の程度を測定してもよく、負極30及び正極20を利用して汚泥の蓄積の程度を測定してもよい。 As described above, the measuring unit 80 measures the degree of sludge accumulation in the electrolytic solution tank 70. The specific measuring method is not particularly limited, but it is preferable that at least one of the negative electrode 30 and the positive electrode 20 is used for the measurement by the measuring unit 80. By using at least one of the negative electrode 30 and the positive electrode 20 included in the liquid treatment system 1, the degree of sludge accumulation can be measured with a simple configuration. That is, the measuring unit 80 may measure the degree of sludge accumulation using only the positive electrode 20 or the negative electrode 30, or may measure the degree of sludge accumulation using the negative electrode 30 and the positive electrode 20. ..

汚泥には、例えば、電解液60中に含まれる微小な浮遊物、及び、負極30に担持されている微生物を含む微生物の死骸などが含まれている。汚泥の蓄積の程度は、例えば、蓄積した汚泥の体積、重量及び高さなどからなる群より選択される少なくとも1つである。 The sludge contains, for example, minute suspended matter contained in the electrolytic solution 60, dead bodies of microorganisms including microorganisms carried on the negative electrode 30, and the like. The degree of accumulation of sludge is, for example, at least one selected from the group consisting of volume, weight and height of accumulated sludge.

測定部80は、図2に示すように、例えば、負極30及び正極20を利用し、負極30と正極20との間の電位差を測定してもよい。測定部80が電位差を測定する場合、測定部80は例えば電圧計などであってもよい。電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度が大きくなり、正極20及び負極30の少なくともいずれか一方が汚泥で覆われてしまうと、正極20及び負極30での化学反応が抑制され、電位差が小さくなる傾向にある。そのため、電位差を測定することで、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定することができる。測定部80が電位差を測定する場合、後述のような負極30又は正極20の電位を測定する場合のように、銀−塩化銀電極のような参照電極を設置する必要がなく、当該参照電極のメンテナンスの必要性もない。そのため、簡易な構成により、汚泥の蓄積の程度を測定することができる。 As shown in FIG. 2, the measurement unit 80 may use the negative electrode 30 and the positive electrode 20, for example, and measure the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. When the measuring unit 80 measures the potential difference, the measuring unit 80 may be, for example, a voltmeter. When the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 increases and at least one of the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is covered with sludge, the chemical reaction in the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is suppressed, and the potential difference is small. Tends to become. Therefore, the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 can be measured by measuring the potential difference. When the measuring unit 80 measures the potential difference, it is not necessary to install a reference electrode such as a silver-silver chloride electrode as in the case of measuring the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20 as described below, and the reference electrode There is no need for maintenance. Therefore, the degree of sludge accumulation can be measured with a simple configuration.

測定部80は、図2に示す形態に限定されず、以下のような形態であってもよい。測定部80は、例えば、負極30及び正極20を利用し、負極30と正極20との間に流れる電流を測定してもよい。なお、負極30と正極20との間に流れる電流は、負極30又は正極20に流れる電流であってもよい。測定部80が電流を測定する場合、測定部80は例えば電流計などであってもよい。電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度が大きくなり、正極20及び負極30の少なくともいずれか一方が汚泥で覆われてしまうと、正極20及び負極30での化学反応が抑制され、電流が小さくなる傾向にある。そのため、電流を測定することで、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定することができる。測定部80が、電流を測定する場合、後述のような電位を測定する場合のように、参照電極を設置する必要がなく、当該参照電極のメンテナンスの必要性もない。そのため、簡易な構成により、汚泥の蓄積の程度を測定することができる。 The measurement unit 80 is not limited to the form shown in FIG. 2 and may have the following forms. The measurement unit 80 may measure the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, using the negative electrode 30 and the positive electrode 20, for example. The current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20 may be the current flowing through the negative electrode 30 or the positive electrode 20. When the measuring unit 80 measures the current, the measuring unit 80 may be, for example, an ammeter. When the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 increases and at least one of the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is covered with sludge, the chemical reaction in the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is suppressed, and the current is small. Tends to become. Therefore, the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 can be measured by measuring the current. When the measurement unit 80 measures a current, it is not necessary to install a reference electrode and there is no need for maintenance of the reference electrode as in the case of measuring a potential as described below. Therefore, the degree of sludge accumulation can be measured with a simple configuration.

測定部80は、例えば、負極30又は正極20を利用し、負極30又は正極20の電位を測定してもよい。測定部80が負極30又は正極20の電位を測定する場合、測定部80は例えば電位計などであってもよい。電位計は銀−塩化銀電極のような参照電極を備えており、参照電極を電解液60に浸漬させ、負極30又は正極20を作用電極とすることで、負極30又は正極20の電位を測定することができる。電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度が大きくなり、正極20又は負極30が汚泥で覆われてしまうと、正極20又は負極30での化学反応が抑制され、負極30の電位が正にシフト又は正極20の電位が負にシフトする傾向にある。そのため、負極30又は正極20の電位を測定することで、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定することができる。 The measurement unit 80 may measure the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20 by using the negative electrode 30 or the positive electrode 20, for example. When the measuring unit 80 measures the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20, the measuring unit 80 may be, for example, an electrometer. The electrometer is equipped with a reference electrode such as a silver-silver chloride electrode. The potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20 is measured by immersing the reference electrode in the electrolytic solution 60 and using the negative electrode 30 or the positive electrode 20 as the working electrode. can do. When the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 increases and the positive electrode 20 or the negative electrode 30 is covered with the sludge, the chemical reaction in the positive electrode 20 or the negative electrode 30 is suppressed, and the potential of the negative electrode 30 shifts to the positive. Alternatively, the potential of the positive electrode 20 tends to shift to the negative. Therefore, by measuring the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20, the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 can be measured.

測定部80は、例えば、負極30及び正極20を利用し、負極30と正極20との間に流れる電流、及び、負極30と正極20との間に電流が流れた時間を測定してもよい。測定部80が電流を測定する場合、測定部80は例えば電流計などであってもよい。測定部80が電流の流れた時間を測定する場合、測定部80は例えば電流の流れる時間を計測可能なタイマなどであってもよい。電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度が大きくなり、正極20及び負極30の少なくともいずれか一方が汚泥で覆われてしまうと、正極20及び負極30での化学反応が抑制される傾向にある。そして、上記電流と時間の積であるクーロンが、汚泥で覆われる前に比べて小さくなる傾向にある。そのため、電流及び時間を測定することで、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定することができる。 The measurement unit 80 may measure the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20 and the time during which the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, using the negative electrode 30 and the positive electrode 20, for example. .. When the measuring unit 80 measures the current, the measuring unit 80 may be, for example, an ammeter. When the measuring unit 80 measures the time when the current flows, the measuring unit 80 may be, for example, a timer that can measure the time when the current flows. When the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 increases and at least one of the positive electrode 20 and the negative electrode 30 is covered with sludge, the chemical reaction in the positive electrode 20 and the negative electrode 30 tends to be suppressed. .. The Coulomb, which is the product of the current and the time, tends to be smaller than before it was covered with sludge. Therefore, the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank 70 can be measured by measuring the current and time.

本実施形態に係る液体処理システム1では、負極30及び正極20の少なくともいずれか一方が測定部80による測定に必ずしも利用されている必要はない。測定部80は、例えば、経過時間を測定してもよい。経過時間は、例えば、液体処理システム1の運転時間、負極30と正極20との間に電流が流れた時間、又は、後述する移送部90によって汚泥を電解液槽70から移送させてからの時間などである。ただし、測定部80が、負極30及び正極20の少なくともいずれか一方を利用するという観点からは、経過時間は、負極30と正極20との間に電流が流れた時間であることが好ましい。測定部80が経過時間を測定する場合、測定部80は例えばタイマなどであってもよい。汚泥の蓄積の程度は、微生物の種類、電解液60に含まれる有機性物質などの種類及び濃度、並びに電解液60の滞留時間などによって、ある程度予測可能である場合がある。そのため、予備試験などによって汚泥が所定の程度蓄積するまでの時間を求め、上記時間と測定部80が測定した経過時間とを比較することによって、簡易な方法により、汚泥の蓄積の程度を測定することができる。 In the liquid processing system 1 according to this embodiment, at least one of the negative electrode 30 and the positive electrode 20 does not necessarily have to be used for the measurement by the measuring unit 80. The measuring unit 80 may measure the elapsed time, for example. The elapsed time is, for example, the operating time of the liquid treatment system 1, the time when the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, or the time after the sludge is transferred from the electrolytic solution tank 70 by the transfer unit 90 described later. And so on. However, from the viewpoint that the measurement unit 80 uses at least one of the negative electrode 30 and the positive electrode 20, it is preferable that the elapsed time is the time during which the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. When the measuring unit 80 measures the elapsed time, the measuring unit 80 may be, for example, a timer. The degree of accumulation of sludge may be predictable to some extent depending on the type of microorganisms, the type and concentration of organic substances contained in the electrolytic solution 60, and the residence time of the electrolytic solution 60. Therefore, the degree of sludge accumulation is measured by a simple method by obtaining the time until the sludge accumulates to a predetermined degree by a preliminary test or the like and comparing the time with the elapsed time measured by the measuring unit 80. be able to.

また、測定部80は、例えば、蓄積した汚泥と電解液60との界面の高さを測定してもよい。界面の高さは、例えば、電解液槽70の底面から界面までの高さである。測定部80が界面の高さを測定する場合、測定部80は例えば汚泥界面計などであってもよい。汚泥界面計は、界面の高さを測定することができれば特に限定されないが、例えば超音波式汚泥界面計であってもよい。超音波式汚泥界面計は、例えば、超音波を送信可能な送信部と、界面で反射された超音波を受信可能な受信部とを備えていてもよい。そして、超音波式汚泥界面計は、送信した超音波が蓄積した汚泥との界面で反射されて戻ってくるまでの時間を計測することにより、界面の高さを測定することができる。 The measurement unit 80 may measure the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution 60, for example. The height of the interface is, for example, the height from the bottom surface of the electrolytic solution tank 70 to the interface. When the measuring unit 80 measures the height of the interface, the measuring unit 80 may be, for example, a sludge interface meter. The sludge interface meter is not particularly limited as long as it can measure the height of the interface, but may be, for example, an ultrasonic sludge interface meter. The ultrasonic sludge interface meter may include, for example, a transmitter that can transmit ultrasonic waves and a receiver that can receive the ultrasonic waves reflected at the interface. Then, the ultrasonic sludge interfacial meter can measure the height of the interface by measuring the time until the transmitted ultrasonic waves are reflected at the interface with the accumulated sludge and return.

したがって、測定部80は、負極30と正極20との間の電位差、負極30と正極20との間に流れる電流、負極30又は正極20の電位、負極30と正極20との間に電流が流れた時間、経過時間、及び蓄積した汚泥と電解液60との界面の高さからなる群より選択される少なくとも一つを測定してもよい。具体的には、測定部80は、電圧計、電流計、電位計、タイマ、及び汚泥界面計からなる群より選択される少なくとも一種の測定器であってもよい。 Therefore, in the measuring unit 80, the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20, and the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. At least one selected from the group consisting of the elapsed time, the elapsed time, and the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution 60 may be measured. Specifically, the measuring unit 80 may be at least one measuring device selected from the group consisting of a voltmeter, an ammeter, an electrometer, a timer, and a sludge interface meter.

[移送部]
移送部90は、電解液槽70に蓄積された汚泥を電解液槽70から移送させる。移送部90は、例えば、電解液槽70の底部から蓄積した汚泥を引き抜いて電解液槽70から電解液槽70の外部へ移送させてもよく、少なくとも電解液槽70の底部の電解液60を攪拌して蓄積した汚泥を電解液槽70から電解液槽70の外部へ移送させてもよく、又はこれらの組合せであってもよい。
[Transportation part]
The transfer unit 90 transfers the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 from the electrolytic solution tank 70. The transfer unit 90 may, for example, pull out sludge accumulated from the bottom of the electrolytic solution tank 70 and transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 to the outside of the electrolytic solution tank 70, or at least the electrolytic solution 60 at the bottom of the electrolytic solution tank 70. The sludge accumulated by stirring may be transferred from the electrolytic solution tank 70 to the outside of the electrolytic solution tank 70, or a combination thereof.

電解液槽70の底部から蓄積した汚泥を引き抜いて電解液槽70から移送させる場合、移送部90は、図2に示すような、電解液槽70に蓄積した汚泥を排出するポンプ91であってもよい。 When the sludge accumulated from the bottom of the electrolytic solution tank 70 is extracted and transferred from the electrolytic solution tank 70, the transfer unit 90 is a pump 91 for discharging the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 as shown in FIG. Good.

図2において、ポンプ91は、電解液槽70の底壁75と接続された排出部76に設けられており、ポンプ91を稼働させることにより、電解液槽70の底部に蓄積した汚泥を電解液槽70から排出する。排出部76は、流入部71よりも汚泥が蓄積しやすい電解液槽70の下流側である流出部72側に設けられることが好ましいが、汚泥を排出することができる位置であれば特に限定されない。 In FIG. 2, the pump 91 is provided in the discharge part 76 connected to the bottom wall 75 of the electrolytic solution tank 70. By operating the pump 91, the sludge accumulated in the bottom part of the electrolytic solution tank 70 is dissolved in the electrolytic solution. Discharge from the tank 70. The discharge part 76 is preferably provided on the outflow part 72 side, which is the downstream side of the electrolytic solution tank 70 in which sludge is more likely to accumulate than the inflow part 71, but is not particularly limited as long as it is a position where sludge can be discharged. ..

図2の形態では、電解液槽70の底壁75は、水面61と平行な平面となっているが、排出部76の周辺に汚泥が集まりやすいように、排出部76の周辺において、鉛直方向Yにおいて下方に向かって傾斜するように形成されていてもよい。また、排出部76の周辺に汚泥が集まりやすいように、汚泥を排出部76の周辺に移送するベルトコンベアのようなものが底壁75に設けられていてもよい。 In the form of FIG. 2, the bottom wall 75 of the electrolytic solution tank 70 is a plane parallel to the water surface 61, but in the vicinity of the discharge part 76, the vertical direction is set so that sludge easily gathers around the discharge part 76. It may be formed to be inclined downward in Y. Further, a bottom conveyor 75 may be provided with something like a belt conveyor for transferring the sludge to the vicinity of the discharge unit 76 so that the sludge may easily collect around the discharge unit 76.

また、電解液60を攪拌する場合、移送部90は、図5及び図6に示すように、電解液攪拌部であってもよい。電解液攪拌部は、少なくとも電解液槽70の底部に存在する電解液60を攪拌することができる。少なくとも電解液槽70の底部に存在する電解液60を攪拌することによって、汚泥が電解液槽70の底部から舞い上がり、電解液60内で拡散される。拡散された汚泥は、流出部72を通過し、例えば後述する沈殿槽110など、電解液槽70の外部に排出される。 When stirring the electrolytic solution 60, the transfer section 90 may be an electrolytic solution stirring section as shown in FIGS. 5 and 6. The electrolytic solution stirring section can stir at least the electrolytic solution 60 existing at the bottom of the electrolytic solution tank 70. By stirring the electrolytic solution 60 existing at least at the bottom of the electrolytic solution tank 70, sludge rises up from the bottom of the electrolytic solution tank 70 and is diffused in the electrolytic solution 60. The diffused sludge passes through the outflow portion 72 and is discharged to the outside of the electrolytic solution tank 70 such as the settling tank 110 described later.

電解液攪拌部の構成は、少なくとも電解液槽70の底部の電解液60を攪拌できるならば特に限定されない。電解液攪拌部は、例えば、図5に示すように、電解液槽70の底部に電解液60の流れを発生させるポンプを備えることが好ましい。このようなポンプを用いることにより、電解液槽70の底部に電解液60の流れを発生させ、電解液60の水流及び/又は水圧により、電解液槽70の底部に蓄積した汚泥を電解液60内に拡散させて電解液槽70から移送することが可能となる。なお、電解液攪拌部を構成するポンプは特に限定されないが、水中ポンプ又は水中モーターポンプを使用することができる。水中ポンプは、通常の使用中に、全面的に又は部分的に電解液60中に沈める電気部品をもつポンプである。水中モーターポンプは、ポンプ全体を電動機ごと電解液60中につけて使用するポンプである。 The configuration of the electrolytic solution stirring unit is not particularly limited as long as the electrolytic solution 60 at the bottom of the electrolytic solution tank 70 can be stirred. For example, as shown in FIG. 5, the electrolytic solution stirring unit preferably includes a pump for generating a flow of the electrolytic solution 60 at the bottom of the electrolytic solution tank 70. By using such a pump, a flow of the electrolytic solution 60 is generated at the bottom of the electrolytic solution tank 70, and sludge accumulated at the bottom of the electrolytic solution tank 70 is generated by the water flow and/or water pressure of the electrolytic solution 60. It becomes possible to diffuse it inside and transfer it from the electrolytic solution tank 70. The pump forming the electrolyte stirring unit is not particularly limited, but a submersible pump or a submersible motor pump can be used. A submersible pump is a pump that has electrical components that are wholly or partially submerged in electrolyte 60 during normal use. The submersible motor pump is a pump that is used by putting the entire pump together with the electric motor in the electrolytic solution 60.

なお、電解液攪拌部は、電解液槽70の外部に配設したポンプと、当該ポンプに接続した配管とを備え、配管の端部から電解液60を吐出することにより、電解液槽70の底部に電解液60の流れを発生させるような構成であってもよい。 The electrolytic solution stirring unit includes a pump arranged outside the electrolytic solution tank 70 and a pipe connected to the pump, and discharges the electrolytic solution 60 from the end of the pipe to remove the electrolytic solution tank 70. The configuration may be such that the flow of the electrolytic solution 60 is generated at the bottom.

電解液攪拌部は、上述のポンプに限定されない。例えば、電解液攪拌部は、正極20に対して散気する散気装置を備えることも好ましい。具体的には、図6に示すように、散気装置93(移送部90)は、気体を散気するための孔部を有する散気部材94と、孔部に気体を供給する気体供給部材95とを備えていてもよい。 The electrolytic solution stirring unit is not limited to the pump described above. For example, it is also preferable that the electrolytic solution stirring unit includes an air diffuser that diffuses the positive electrode 20. Specifically, as shown in FIG. 6, the air diffuser 93 (transfer unit 90) includes an air diffuser 94 having holes for diffusing gas, and a gas supply member for supplying gas to the holes. 95 may be provided.

散気部材94は、気体を流通させることが可能な孔部を多数有する部材である。散気部材94は特に限定されないが、例えば粗大なセラミックス粒子をバインダ等で接合した多孔質セラミックス散気板、又は合成樹脂製の散気板を用いることができる。また、散気部材94としては、メンブレンディフューザーも用いることができる。 The diffusing member 94 is a member having a large number of holes through which gas can flow. The air diffusing member 94 is not particularly limited, but for example, a porous ceramic air diffusing plate in which coarse ceramic particles are bonded with a binder or the like, or a synthetic resin diffusing plate can be used. A membrane diffuser can also be used as the air diffuser 94.

気体供給部材95は散気部材94を保持し、さらに散気部材94の孔部に気体を供給する中空部材である。そして、気体供給部材95から供給された気体は、散気部材94の孔部を通過して気泡となり、電解液60中に拡散する。 The gas supply member 95 is a hollow member that holds the diffusing member 94 and further supplies gas to the holes of the diffusing member 94. Then, the gas supplied from the gas supply member 95 passes through the holes of the air diffusing member 94 to form bubbles, and diffuses into the electrolytic solution 60.

気体供給部材95には、電解液槽70の外部から気体を供給するための配管96が接続されていることが好ましい。具体的には、気体供給部材95の下部に、中空の配管96が接続されていることが好ましい。配管96は、電解液槽70の前壁73を貫通し、電解液槽70の外部に延出している。そして、配管96の端部には、気体を圧送するための圧縮機97が接続されている。 It is preferable that a pipe 96 for supplying gas from the outside of the electrolytic solution tank 70 is connected to the gas supply member 95. Specifically, it is preferable that a hollow pipe 96 is connected to the lower portion of the gas supply member 95. The pipe 96 penetrates the front wall 73 of the electrolytic solution tank 70 and extends to the outside of the electrolytic solution tank 70. A compressor 97 for pumping gas is connected to the end of the pipe 96.

散気装置93から電解液60に散気する気体は特に限定されない。例えば、気体としては空気を用いることができる。ただ、上述のように、嫌気性微生物の活動を高めるためには、負極30の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。そのため、散気する気体は酸素を含まないガスであることが好ましく、例えば窒素を用いることが好ましい。 The gas diffused from the air diffuser 93 to the electrolytic solution 60 is not particularly limited. For example, air can be used as the gas. However, as described above, in order to enhance the activity of anaerobic microorganisms, it is preferable to keep the periphery of the negative electrode 30 in an anaerobic atmosphere. Therefore, the gas to be diffused is preferably a gas containing no oxygen, and for example, nitrogen is preferably used.

電解液攪拌部は、電解液槽70の底部において、流入部71よりも汚泥が蓄積しやすい電解液槽70の下流側である流出部72側に設けられることが好ましい。ただし、電解液攪拌部が設けられる位置は、汚泥を排出することができる位置であれば特に限定されない。また、電解液攪拌部は、鉛直方向Yにおいて、正極20及び負極30よりも下方に設けられていることが好ましい。 It is preferable that the electrolytic solution stirring section is provided at the bottom of the electrolytic solution tank 70, on the outflow section 72 side, which is the downstream side of the electrolytic solution tank 70 in which sludge is more likely to accumulate than the inflow section 71. However, the position where the electrolytic solution stirring unit is provided is not particularly limited as long as it is a position where sludge can be discharged. Further, the electrolytic solution stirring section is preferably provided below the positive electrode 20 and the negative electrode 30 in the vertical direction Y.

具体的には、図5に示すように、電解液攪拌部が水中ポンプ又は水中モーターポンプを備えている場合には、当該ポンプは、鉛直方向Yにおいて、正極20及び負極30よりも下方に設けられていることが好ましい。これにより、電解液攪拌部が稼働したときに、電解液槽70の底部から上方に向かう水流が発生するため、汚泥が電解液60中に拡散され、電解液槽70に蓄積した汚泥を効果的に除去することが可能となる。電解液攪拌部が、電解液槽70の外部に配設したポンプと、当該ポンプに接続した配管とを備える場合には、電解液60が吐出する配管の端部を、鉛直方向Yにおいて、正極20及び負極30よりも下方に設けられていることが好ましい。 Specifically, as shown in FIG. 5, when the electrolytic solution stirring unit includes a submersible pump or a submersible motor pump, the pump is provided below the positive electrode 20 and the negative electrode 30 in the vertical direction Y. Is preferably provided. As a result, when the electrolytic solution stirring unit operates, a water flow upward from the bottom of the electrolytic solution tank 70 is generated, so that the sludge is diffused in the electrolytic solution 60, and the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 is effectively removed. Can be removed. When the electrolytic solution stirring unit includes a pump arranged outside the electrolytic solution tank 70 and a pipe connected to the pump, the end of the pipe discharged by the electrolytic solution 60 is connected to the positive electrode in the vertical direction Y. It is preferably provided below 20 and the negative electrode 30.

電解液攪拌部が正極20に対して散気する散気装置93を備えている場合には、図6に示すように、散気部材94及び気体供給部材95が、鉛直方向Yにおいて、正極20及び負極30よりも下方に設けられていることが好ましい。これにより、気泡は、電解液槽70の底部から上方に浮上し、電解液60の水面61に到達する。この際、気泡は、汚泥を撹拌しながら上昇させる。そのため、散気部材94から発生した気泡が、汚泥を電解液槽70の底部から舞い上げ、電解液60内で拡散させる。したがって、汚泥が、例えば、電解液60の流れに乗って、流出部72を通じ、後述する沈殿槽110など、電解液槽70の外部に移送され、電解液槽70から除去される。 When the electrolytic solution stirring unit includes the air diffuser 93 for diffusing the positive electrode 20, the air diffusing member 94 and the gas supply member 95 are arranged in the vertical direction Y in the positive electrode 20 as shown in FIG. And is preferably provided below the negative electrode 30. As a result, the bubbles float upward from the bottom of the electrolytic solution tank 70 and reach the water surface 61 of the electrolytic solution 60. At this time, the bubbles rise while stirring the sludge. Therefore, the air bubbles generated from the air diffuser 94 lift up the sludge from the bottom of the electrolytic solution tank 70 and diffuse it in the electrolytic solution 60. Therefore, for example, the sludge rides on the flow of the electrolytic solution 60, is transferred to the outside of the electrolytic solution tank 70, such as the settling tank 110 described later, through the outflow portion 72, and is removed from the electrolytic solution tank 70.

[制御部]
制御部100は、測定部80により測定された測定結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御する。制御部100は、図2、図5及び図6に示すように、測定部80及び移送部90と電気的に接続されており、測定結果と設定値との比較結果に基づいて、移送部90の作動状態を制御している。具体的には、制御部100は、測定結果が設定値よりも大きい場合、又は、測定値が設定値よりも小さい場合に、移送部90を制御している。なお、設定値は、電解液60中の有機性物質の濃度及び微生物の種類などの条件に応じて最適な値は変動するため、任意の所定値(閾値)である。また、制御部100は、CPUを備えていてもよく、RAM、ROM及びハードディスクからなる群より選ばれる少なくとも一つをさらに備えていてもよい。
[Control part]
The control unit 100 controls the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the measurement result measured by the measurement unit 80. As shown in FIGS. 2, 5 and 6, the control unit 100 is electrically connected to the measuring unit 80 and the transfer unit 90, and based on the comparison result between the measurement result and the set value, the transfer unit 90. It controls the operating state of. Specifically, the control unit 100 controls the transfer unit 90 when the measurement result is larger than the set value or when the measured value is smaller than the set value. It should be noted that the set value is an arbitrary predetermined value (threshold value) because the optimum value varies depending on the conditions such as the concentration of the organic substance in the electrolytic solution 60 and the type of microorganism. The control unit 100 may include a CPU, and may further include at least one selected from the group consisting of RAM, ROM, and hard disk.

制御部100は、ON/OFFで移送部90を制御してもよく、切/弱/強などのように多段階の調節により移送部90を制御してもよい。ON/OFF制御の場合、例えば、0の電気信号でOFF、1の電気信号でONとなるように移送部90を制御してもよい。移送部90が上述した電解液攪拌部である場合、例えば、ONで電解液60を撹拌し、OFFで電解液60の撹拌を停止してもよい。 The control unit 100 may control the transfer unit 90 by turning it on/off, or may control the transfer unit 90 by performing multi-step adjustment such as off/weak/strong. In the case of ON/OFF control, the transfer unit 90 may be controlled so that it is turned OFF by an electric signal of 0 and turned ON by an electric signal of 1, for example. When the transfer unit 90 is the above-described electrolytic solution stirring unit, for example, the electrolytic solution 60 may be stirred when it is turned on and stopped when it is turned off.

なお、上述のように、測定結果は、負極30と正極20との間の電位差の測定値、負極30と正極20との間に流れる電流の測定値、負極30又は正極20の電位の測定値、負極30と正極20との間に電流が流れた時間の測定値、経過時間の測定値、及び蓄積した汚泥と電解液60との界面の高さの測定値からなる群より選択される少なくとも1つであってもよい。 Note that, as described above, the measurement result is the measured value of the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the measured value of the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the measured value of the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20. At least one selected from the group consisting of a measured value of time during which an electric current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, a measured value of elapsed time, and a measured value of the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution 60. It may be one.

すなわち、測定結果は、負極30と正極20との間の電位差の測定値であってもよい。そして、制御部100は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、負極30と正極20との間に流れる電流の測定値であってもよい。そして、制御部100は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、負極30又は正極20の電位の測定値であってもよい。そして、制御部100は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。 That is, the measurement result may be a measured value of the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result between the measured value and the set value. Further, as described above, the measurement result may be a measured value of the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result between the measured value and the set value. In addition, as described above, the measurement result may be a measured value of the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result between the measured value and the set value.

また、上述のように、測定結果は、経過時間の測定値であってもよい。具体的には、測定結果は、負極30と正極20との間に電流が流れた時間の測定値であってもよい。そして、制御部100は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、負極30と正極20との間に流れる電流の測定値、及び、負極30と正極20との間に電流が流れた時間の測定値であってもよい。そして、制御部100は、電流の測定値と時間の測定値との積と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、蓄積した汚泥と電解液60との界面の高さの測定値であってもよい。そして、制御部100は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御してもよい。 Further, as described above, the measurement result may be a measurement value of elapsed time. Specifically, the measurement result may be a measured value of the time during which the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result between the measured value and the set value. Further, as described above, the measurement result may be a measured value of the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20 and a measured value of the time when the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20. .. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result of the product of the measured current value and the measured time value and the set value. Further, as described above, the measurement result may be a measured value of the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution 60. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the comparison result between the measured value and the set value.

次に、図7に示すフローチャートを用いて、汚泥を電解液槽70から移送する方法の一例について説明する。図7に示すように、ステップS1において、制御部100は、測定部80によって測定された測定結果に基づいて得られる値が設定値よりも小さいか否かを比較して判断する。制御部100は、上記値が設定値よりも小さい値となった場合(YES)には処理をステップS2に進め、移送部90に汚泥を電解液槽70から移送させるよう指示をする。一方、上記値が設定値よりも大きい値となった場合(NO)には、制御部100は、ステップS1に処理を戻す。なお、本実施形態では、上記値が設定値よりも小さい値となった場合に制御部100は移送部90に汚泥を電解液槽70から移送させるよう指示をした。ただし、上記値が設定値よりも大きい値となった場合に制御部100が移送部90に汚泥を電解液槽70から移送させるよう指示してもよい。 Next, an example of a method for transferring sludge from the electrolytic solution tank 70 will be described using the flowchart shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, in step S1, the control unit 100 compares and determines whether the value obtained based on the measurement result measured by the measurement unit 80 is smaller than the set value. When the above value is smaller than the set value (YES), the control unit 100 advances the process to step S2 and instructs the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70. On the other hand, when the above value becomes larger than the set value (NO), the control unit 100 returns the process to step S1. In the present embodiment, the control unit 100 instructs the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 when the above value becomes smaller than the set value. However, when the above value becomes larger than the set value, the control unit 100 may instruct the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70.

具体的には、負極30と正極20との間の電位差の測定値、負極30と正極20との間に流れる電流の測定値、負極30又は正極20の電位の測定値、及び上記電流の測定値と負極30と正極20との間に電流が流れた時間の測定値との積からなる群より選択される少なくとも1つが、設定値よりも小さくなった場合に、制御部100は汚泥を電解液槽70から移送させるように移送部90を制御してもよい。また、経過時間の測定値及び蓄積した汚泥と電解液60との界面の高さの測定値の少なくともいずれか一方が、設定値よりも大きくなった場合に、制御部100は汚泥を電解液槽70から移送させるように移送部90を制御してもよい。 Specifically, the measured value of the potential difference between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the measured value of the current flowing between the negative electrode 30 and the positive electrode 20, the measured value of the potential of the negative electrode 30 or the positive electrode 20, and the measurement of the current. When at least one selected from the group consisting of the product of the value and the measured value of the time when the current flows between the negative electrode 30 and the positive electrode 20 becomes smaller than the set value, the control unit 100 electrolyzes the sludge. The transfer unit 90 may be controlled to transfer the liquid from the liquid tank 70. Further, when at least one of the measured value of the elapsed time and the measured value of the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution 60 becomes larger than the set value, the control unit 100 causes the sludge to flow into the electrolytic solution tank. The transfer unit 90 may be controlled so as to transfer from the transfer unit 70.

[沈殿槽]
図4〜図6に示すように、液体処理システム1は、電解液槽70よりも下流側に配置される沈殿槽110をさらに備えていてもよい。そして、制御部100は、測定結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から沈殿槽110へ移送させるよう移送部90を制御してもよい。移送部90は、例えば、上述したような電解液攪拌部である。また、液体処理システム1は、電解液槽70から排出された電解液60を供給する連結管111を備えている。図5及び図6に示す形態において、連結管111は、電解液槽70の電解液60を排出するため、流出部72にも相当する。すなわち、連結管111の一方は電解液槽70の後壁74の上部に接続され、連結管111のもう一方は沈殿槽110の前側の前壁117の上部に接続されている。また、液体処理システム1は、沈殿槽110の後方の後壁118の上部に、沈殿槽110で保持された電解液60を排出する流出部112を備えている。
[Settling tank]
As shown in FIGS. 4 to 6, the liquid treatment system 1 may further include a settling tank 110 arranged on the downstream side of the electrolytic solution tank 70. Then, the control unit 100 may control the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 to the settling tank 110 based on the measurement result. The transfer unit 90 is, for example, the electrolytic solution stirring unit as described above. The liquid processing system 1 also includes a connecting pipe 111 that supplies the electrolytic solution 60 discharged from the electrolytic solution tank 70. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the connecting pipe 111 discharges the electrolytic solution 60 from the electrolytic solution tank 70, and therefore also corresponds to the outflow portion 72. That is, one of the connecting pipes 111 is connected to the upper part of the rear wall 74 of the electrolytic solution tank 70, and the other of the connecting pipes 111 is connected to the upper part of the front wall 117 on the front side of the precipitation tank 110. Further, the liquid processing system 1 is provided with an outflow portion 112 that discharges the electrolytic solution 60 held in the precipitation tank 110, above the rear wall 118 behind the precipitation tank 110.

電解液60は、連結管111、沈殿槽110及び流出部112を順番に通過するように、液体処理システム1が構成されている。そして、移送部90によって移送された汚泥も、連結管111を通じて電解液槽70から沈殿槽110に供給される。汚泥は、電解液60と比較して密度が大きいため、沈殿物114として沈殿槽110の底部に沈殿する。そのため、沈殿槽110では、電解液槽70で処理された電解液60と汚泥とが分離される。 The liquid treatment system 1 is configured such that the electrolytic solution 60 passes through the connecting pipe 111, the precipitation tank 110, and the outflow portion 112 in order. Then, the sludge transferred by the transfer unit 90 is also supplied from the electrolytic solution tank 70 to the settling tank 110 through the connecting pipe 111. Since the sludge has a higher density than the electrolytic solution 60, the sludge settles on the bottom of the settling tank 110 as the precipitate 114. Therefore, in the settling tank 110, the electrolytic solution 60 treated in the electrolytic solution tank 70 is separated from the sludge.

沈殿槽110は、沈殿物114が一部に集まりやすいよう、底壁119に向かうに従ってすぼんだ形状となるように形成されている。そして、沈殿槽110の底壁119には排出部115が接続されており、排出部115には、沈殿物114を沈殿槽110から排出可能なポンプ116が接続されている。沈殿槽110に沈殿した沈殿物114は、制御部100の制御によってポンプ116を稼働させることにより、底壁119に形成された流出口113及び排出部115を介して沈殿物114が沈殿槽110から排出してもよい。 The settling tank 110 is formed to have a recessed shape toward the bottom wall 119 so that the settling material 114 can be easily collected in a part. A discharge unit 115 is connected to the bottom wall 119 of the settling tank 110, and a pump 116 capable of discharging the precipitate 114 from the settling tank 110 is connected to the discharge unit 115. The precipitate 114 that has settled in the settling tank 110 is operated from the settling tank 110 through the outlet 113 and the discharge part 115 formed on the bottom wall 119 by operating the pump 116 under the control of the controller 100. May be discharged.

なお、液体処理システム1は、一端が排出部115と接続され、もう一端が流入部71と接続され、沈殿槽110で沈殿した沈殿物114を電解液槽70へ返流させる図示しない返流管をさらに備えていてもよい。このような返流管により、沈殿物114の少なくとも一部が沈殿槽110から電解液槽70に返流され、電解液槽70における電解液60の処理に利用することができる。 The liquid processing system 1 has one end connected to the discharge part 115 and the other end connected to the inflow part 71, and a return pipe (not shown) for returning the precipitate 114 precipitated in the settling tank 110 to the electrolytic solution tank 70. May be further provided. With such a return pipe, at least a part of the precipitate 114 is returned from the settling tank 110 to the electrolytic solution tank 70, and can be used for treating the electrolytic solution 60 in the electrolytic solution tank 70.

図5及び図6に示す形態では、移送部90として電解液攪拌部を用い、沈殿槽110が電解液槽70の下流に設けられている。しかしながら、汚泥を電解液槽70から移送させることができれば、液体処理システム1は、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下を抑制することができる。したがって、移送部90として電解液攪拌部を用いた場合であっても、沈殿槽110は必須の構成ではない。 In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, an electrolytic solution stirring section is used as the transfer section 90, and a precipitation tank 110 is provided downstream of the electrolytic solution tank 70. However, if the sludge can be transferred from the electrolytic solution tank 70, the liquid treatment system 1 can suppress a decrease in the electrical energy recovery efficiency and a large decrease in the treated water quality due to long-term operation. Therefore, even when the electrolytic solution stirring unit is used as the transfer unit 90, the precipitation tank 110 is not an essential component.

以上の通り、本実施形態に係る液体処理システム1は、有機性物質を含む電解液60を収容する電解液槽70と、電解液60と接触し、微生物を担持する負極30と、気相Gと接触し、負極30と電気的に接続される正極20と、を備える。液体処理システム1は、電解液槽70内の汚泥の蓄積の程度を測定する測定部80と、電解液槽70に蓄積された汚泥を電解液槽70から移送させる移送部90と、を備える。液体処理システム1は、測定部80により測定された測定結果に基づいて、汚泥を電解液槽70から移送させるよう移送部90を制御する制御部100を備える。 As described above, the liquid treatment system 1 according to the present embodiment includes the electrolytic solution tank 70 that stores the electrolytic solution 60 containing an organic substance, the negative electrode 30 that is in contact with the electrolytic solution 60 and carries microorganisms, and the gas phase G. And a positive electrode 20 that is in contact with and is electrically connected to the negative electrode 30. The liquid treatment system 1 includes a measuring unit 80 that measures the degree of sludge accumulation in the electrolytic solution tank 70, and a transfer unit 90 that transfers the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 from the electrolytic solution tank 70. The liquid treatment system 1 includes a control unit 100 that controls the transfer unit 90 to transfer the sludge from the electrolytic solution tank 70 based on the measurement result measured by the measurement unit 80.

そのため、本実施形態に係る液体処理システム1によれば、長期運転に伴って汚泥が蓄積し、電解エネルギーの回収効率及び処理水質が低下しはじめても、測定部80により測定された測定結果に基づいて汚泥が電解液槽70から移送される。したがって、電気エネルギー回収効率及び処理水質が、汚泥によって大きく低下する前に、電解液槽70に蓄積した汚泥を除去することができ、電解液槽70内の汚泥の状態を維持することができる。したがって、液体処理システム1は、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率の低下及び処理水質の大きな低下を抑制することができる。 Therefore, according to the liquid treatment system 1 according to the present embodiment, even if sludge accumulates due to long-term operation and the efficiency of collecting electrolytic energy and the quality of treated water start to deteriorate, based on the measurement result measured by the measuring unit 80. Sludge is transferred from the electrolytic solution tank 70. Therefore, the sludge accumulated in the electrolytic solution tank 70 can be removed before the electric energy recovery efficiency and the treated water quality are significantly reduced by the sludge, and the state of the sludge in the electrolytic solution tank 70 can be maintained. Therefore, the liquid treatment system 1 can suppress a decrease in electric energy recovery efficiency and a great decrease in treated water quality due to long-term operation.

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。 Although the present embodiment has been described above, the present embodiment is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present embodiment.

1 液体処理システム
20 正極
30 負極
60 電解液
70 電解液槽
80 測定部
90 移送部
100 制御部
110 沈殿槽
G 気相
1 Liquid Treatment System 20 Positive Electrode 30 Negative Electrode 60 Electrolyte 70 Electrolyte Tank 80 Measuring Section 90 Transfer Section 100 Control Section 110 Precipitation Tank G Gas Phase

Claims (8)

有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、
前記電解液と接触し、微生物を担持する負極と、
気相と接触し、前記負極と電気的に接続される正極と、
前記電解液槽内の汚泥の蓄積の程度を測定する測定部と、
前記電解液槽に蓄積された汚泥を前記電解液槽から移送させる移送部と、
前記測定部により測定された測定結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する制御部と、
を備える、液体処理システム。
An electrolytic solution tank containing an electrolytic solution containing an organic substance,
A negative electrode that is in contact with the electrolytic solution and carries microorganisms,
A positive electrode that is in contact with the gas phase and is electrically connected to the negative electrode;
A measuring unit for measuring the degree of accumulation of sludge in the electrolytic solution tank,
A transfer unit for transferring the sludge accumulated in the electrolytic solution tank from the electrolytic solution tank,
Based on the measurement result measured by the measuring unit, a control unit that controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank,
A liquid processing system comprising:
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間の電位差の測定値、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値、前記負極又は前記正極の電位の測定値、前記負極と前記正極との間に電流が流れた時間の測定値、経過時間の測定値、及び蓄積した前記汚泥と前記電解液との界面の高さの測定値からなる群より選択される少なくとも1つである、請求項1に記載の液体処理システム。 The measurement result is a measured value of a potential difference between the negative electrode and the positive electrode, a measured value of a current flowing between the negative electrode and the positive electrode, a measured value of the potential of the negative electrode or the positive electrode, the negative electrode and the positive electrode. And at least one selected from the group consisting of a measured value of the time during which an electric current flows, a measured value of the elapsed time, and a measured value of the height of the interface between the accumulated sludge and the electrolytic solution, The liquid treatment system according to claim 1. 前記測定結果は、前記負極と前記正極との間の電位差の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1又は2に記載の液体処理システム。
The measurement result is a measurement value of a potential difference between the negative electrode and the positive electrode,
The liquid processing system according to claim 1, wherein the control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on a comparison result between the measured value and the set value.
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1又は2に記載の液体処理システム。
The measurement result is a measurement value of a current flowing between the negative electrode and the positive electrode,
The liquid processing system according to claim 1, wherein the control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on a comparison result between the measured value and the set value.
前記測定結果は、前記負極又は前記正極の電位の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1又は2に記載の液体処理システム。
The measurement result is a measured value of the potential of the negative electrode or the positive electrode,
The liquid processing system according to claim 1, wherein the control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on a comparison result between the measured value and the set value.
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間に電流が流れた時間の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1又は2に記載の液体処理システム。
The measurement result is a measurement value of a time during which a current flows between the negative electrode and the positive electrode,
The liquid processing system according to claim 1, wherein the control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on a comparison result between the measured value and the set value.
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値、及び、前記負極と前記正極との間に電流が流れた時間の測定値であり、
前記制御部は、前記電流の測定値と前記時間の測定値との積と設定値との比較結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1又は2に記載の液体処理システム。
The measurement result is a measurement value of a current flowing between the negative electrode and the positive electrode, and a measurement value of a time during which a current flows between the negative electrode and the positive electrode,
The control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank based on a comparison result of a product of a measured value of the current and a measured value of the time and a set value, 3. The liquid processing system according to 1 or 2.
前記電解液槽よりも下流側に配置される沈殿槽をさらに備え、
前記制御部は、前記測定結果に基づいて、前記汚泥を前記電解液槽から前記沈殿槽へ移送させるよう前記移送部を制御する、請求項1〜7のいずれか一項に記載に液体処理システム。
Further comprising a settling tank arranged on the downstream side of the electrolytic solution tank,
The liquid processing system according to claim 1, wherein the control unit controls the transfer unit to transfer the sludge from the electrolytic solution tank to the settling tank based on the measurement result. ..
JP2018238455A 2018-12-20 2018-12-20 Liquid treatment system Pending JP2020099853A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018238455A JP2020099853A (en) 2018-12-20 2018-12-20 Liquid treatment system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018238455A JP2020099853A (en) 2018-12-20 2018-12-20 Liquid treatment system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020099853A true JP2020099853A (en) 2020-07-02

Family

ID=71140541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018238455A Pending JP2020099853A (en) 2018-12-20 2018-12-20 Liquid treatment system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020099853A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6368036B2 (en) Electrode structure and microbial fuel cell
JP6438115B2 (en) Microbial fuel cell system
JP6166485B2 (en) Electrode, fuel cell and water treatment device
WO2017119419A1 (en) Gas diffusion electrode for microbial fuel cells and microbial fuel cell in which same is used
EP3466895A1 (en) Purification unit and purification device
JP6643642B2 (en) Purification unit and purification device
JP6438051B2 (en) Microbial fuel cell system
EP3522278A1 (en) Microbial fuel cell and waste liquid treatment system
JP2020099853A (en) Liquid treatment system
JP2020087804A (en) Microbial fuel cell and liquid processing unit
WO2017199475A1 (en) Liquid processing unit and liquid processing device
JP2019076833A (en) Liquid treatment system
JP6703859B2 (en) Microbial fuel cell
JP2020099851A (en) Liquid treatment system
JP2020099854A (en) Liquid treatment system
JP2020099852A (en) Liquid treatment system
WO2017195406A1 (en) Microbial fuel cell and liquid treatment unit using same
WO2018203455A1 (en) Liquid treatment system
JP2020099850A (en) Liquid treatment system
JP2017148776A (en) Water treatment equipment
JP2020082006A (en) Liquid treatment system
JP2020116505A (en) Liquid treatment system
WO2019078003A1 (en) Microbial fuel cell, liquid processing system, and liquid processing structure
WO2019064889A1 (en) Liquid treatment system
WO2019078002A1 (en) Liquid processing system