JP2020099854A - Liquid treatment system - Google Patents
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Abstract
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.
従来より、廃水中に含まれる有機物等を除去するために、種々の水処理方法が提供されている。具体的には、好気性微生物の好気呼吸を利用する活性汚泥法や、嫌気性微生物の嫌気呼吸を利用する嫌気性処理法などの水処理方法が提供されている。 Conventionally, various water treatment methods have been provided to remove organic substances and the like contained in wastewater. Specifically, there are provided water treatment methods such as an activated sludge method utilizing aerobic respiration of aerobic microorganisms and an anaerobic treatment method utilizing anaerobic respiration of anaerobic microorganisms.
活性汚泥法では、好気性微生物を含んだ泥(活性汚泥)と廃水とを生物反応槽で混合し、好気性微生物が廃水中の有機物を酸化分解するために必要な空気を生物反応槽に送り込んで攪拌することで、廃水を浄化している。活性汚泥法は良好な処理水質が得られる一方で、生物反応槽のエアレーションのために莫大な電力を要する。また、好気性微生物が酸素呼吸をして活発に代謝を行う結果、産業廃棄物である大量の汚泥が発生してしまう。 In the activated sludge method, mud containing aerobic microorganisms (activated sludge) and waste water are mixed in a biological reaction tank, and the air necessary for the aerobic microorganisms to oxidize and decompose organic matter in the waste water is sent to the biological reaction tank. Waste water is purified by stirring at. While the activated sludge method can obtain good treated water quality, it requires enormous electric power for aeration of the biological reaction tank. Further, as aerobic microorganisms breathe oxygen and actively metabolize, a large amount of sludge, which is industrial waste, is generated.
これに対し、嫌気性処理法ではエアレーションが不要となることから、活性汚泥法に比べて必要電力量を大幅に低減することができる。また、嫌気性微生物が獲得する自由エネルギーが好気性微生物に比べて小さいので、汚泥発生量が減少する。しかし、得られる処理水質は好気性微生物を利用した方が良好な傾向がある。 On the other hand, in the anaerobic treatment method, since aeration is not required, it is possible to significantly reduce the amount of electric power required as compared with the activated sludge method. Further, since the free energy acquired by the anaerobic microorganisms is smaller than that of the aerobic microorganisms, the amount of sludge generated is reduced. However, the treated water quality obtained tends to be better when aerobic microorganisms are used.
ここで、このような嫌気性微生物を利用した技術として、微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池は、生活廃水や工場廃水に含まれる有機物や窒素化合物の化学エネルギーを電気エネルギーに変換しつつ、その有機物や窒素化合物を酸化分解して処理する廃水処理装置である。そして、微生物燃料電池は、汚泥の発生が少なく、さらにエネルギー消費が少ない特徴を有する。 Here, a microbial fuel cell is known as a technique using such anaerobic microorganisms. The microbial fuel cell is a wastewater treatment device that converts chemical energy of organic substances and nitrogen compounds contained in domestic wastewater and industrial wastewater into electric energy, and oxidizes and decomposes the organic substances and nitrogen compounds. 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被処理水に接触する正極とを有する。そして、有機物などを含有する被処理水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。正極及び負極は、負荷回路を介して相互に接続することにより閉回路(e−)を形成する。負極では、微生物の触媒作用により被処理水から水素イオン(H+)及び電子が生成する。そして、生成した水素イオンは正極へ移動し、電子は負荷回路を介して正極へ移動する。負極から移動した水素イオン及び電子は正極において酸素(O2)と結合し、水(H2O)となって消費される。その際に、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。 The microbial fuel cell has a negative electrode supporting microorganisms, and a positive electrode in contact with a gas phase containing oxygen and water to be treated. Then, the water to be treated containing an organic substance or the like is supplied to the negative electrode, and a gas containing oxygen is supplied to the positive electrode. The positive electrode and the negative electrode form a closed circuit (e − ) by being connected to each other via a load circuit. At the negative electrode, hydrogen ions (H + ) and electrons are generated from the water to be treated due to the catalytic action of microorganisms. Then, the generated hydrogen ions move to the positive electrode, and the electrons move to the positive electrode via the load circuit. Hydrogen ions and electrons transferred from the negative electrode are combined with oxygen (O 2 ) in the positive electrode to be consumed as water (H 2 O). At that time, the electric energy flowing through the closed circuit is recovered.
特許文献1では、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と、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て有機性基質中に差し込む正電極と、を備える微生物燃料電池を開示している。そして、当該微生物燃料電池では、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。
In
しかしながら、特許文献1に示したような微生物燃料電池では、当該電池に流入する被処理水中の有機物濃度が上昇した場合、有機物の分解が不十分となり、当該電池から排出される水の処理水質が低下するという問題があった。
However, in the microbial fuel cell as shown in
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、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合でも、排出される水の処理水質を高く維持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. Then, an object of the present invention is to provide a liquid treatment system capable of maintaining the treated water quality of discharged water high even when the concentration of organic substances in the treated water rises.
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る液体処理システムは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水に接触する負極と、負極と電気的に接続された正極とを備える微生物燃料電池槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、活性汚泥槽に流入する被処理水中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、酸素供給部を制御する制御部と、を備える。制御部は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。 In order to solve the above problems, the liquid treatment system according to the first aspect of the present invention holds an anaerobic microorganism, and is a negative electrode that is in contact with water to be treated containing an organic matter, and is electrically connected to the negative electrode. A microbial fuel cell tank having a positive electrode, and an activated sludge tank provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank and having an oxygen supply unit for supplying oxygen to the water to be treated, and provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank. A first organic substance concentration measuring unit that measures the concentration of organic substances in the water to be treated that flows into the activated sludge tank, and a control unit that controls the oxygen supply unit. The control unit controls the amount of oxygen supplied from the oxygen supply unit to the water to be treated according to the concentration of the organic substance measured by the first organic substance concentration measuring unit.
本発明の第二の態様に係る液体処理システムは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水に接触する負極と、負極と電気的に接続された正極とを備える微生物燃料電池槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、活性汚泥槽に流入する被処理水中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、微生物燃料電池槽の上流側、及び微生物燃料電池槽と活性汚泥槽との間の少なくとも一方に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部と、流量調整部を制御する制御部と、を備える。制御部は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部により活性汚泥槽に流入する被処理水の流量を調整する制御を行う。 A liquid treatment system according to a second aspect of the present invention is a microbial fuel cell comprising a negative electrode that holds anaerobic microorganisms and is in contact with water to be treated containing organic matter, and a positive electrode electrically connected to the negative electrode. Tank and an activated sludge tank that is provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank and has an oxygen supply unit that supplies oxygen to the water to be treated, and an activated sludge tank that is provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank and that flows into the activated sludge tank. The first organic matter concentration measuring unit for measuring the concentration of organic matter in the treated water, the upstream side of the microbial fuel cell tank, and at least one of the microbial fuel cell tank and the activated sludge tank, the flow rate of the treated water And a control unit that controls the flow rate adjusting unit. The control unit controls the flow rate adjusting unit to adjust the flow rate of the water to be treated flowing into the activated sludge tank according to the concentration of the organic matter measured by the first organic matter concentration measuring unit.
本開示によれば、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合でも、排出される水の処理水質を高く維持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 maintaining high treated water quality of discharged water even when the concentration of organic substances in treated water rises.
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.
[第一実施形態]
本実施形態に係る液体処理システムAは、図1に示すように、廃水であり、有機物を含む被処理水3を保持する微生物燃料電池槽1を備えている。また、液体処理システムAは、被処理水3を保持し、連結管4を介して微生物燃料電池槽1と連通し、さらに微生物燃料電池槽1よりも下流側に配置される活性汚泥槽2を備えている。さらに、液体処理システムAは、微生物燃料電池槽1の内部に設けられる電極カセット100と、活性汚泥槽2に設けられる酸素供給部200とを備えている。微生物燃料電池槽1は、電気生産細菌である嫌気性微生物の作用により、有機物を分解しつつ電気エネルギーを生産する槽であり、活性汚泥槽2は、活性汚泥法により有機物を酸化分解する槽である。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the liquid treatment system A according to the present embodiment is provided with a microbial
微生物燃料電池槽1は略直方体状の容器であり、微生物燃料電池槽1の前壁1aの上部には、被処理水3を微生物燃料電池槽1に供給するための流入口5が設けられている。活性汚泥槽2も略直方体状の容器であり、活性汚泥槽2の後壁2bの上部には、処理後の被処理水3を活性汚泥槽2から排出するための流出口6が設けられている。そして、微生物燃料電池槽1の後壁1bの上部と活性汚泥槽2の前壁2aの上部は、円筒状の連結管4で接続されている。
The microbial
電極カセット100は微生物燃料電池槽1の内部で被処理水3に浸漬するように配置され、酸素供給部200の少なくとも一部は活性汚泥槽2の内部に配置される。
The
そして、被処理水3は、流入口5を通じて微生物燃料電池槽1の内部に連続的に供給される。微生物燃料電池槽1に供給された被処理水3は、電極カセット100に接触しながら流れ、その後、連結管4を通じて活性汚泥槽2の内部に連続的に移動する。活性汚泥槽2に移動した被処理水3には、酸素供給部200から酸素が供給され、その後、流出口6から排出される。
Then, the
〔電極カセット〕
電極カセット100は、被処理水3中の有機物を浄化し、かつ、電気エネルギーを生成することが可能な微生物燃料電池からなる。具体的には、図1〜図3に示すように、電極カセット100は、正極10、負極20及びイオン移動層30からなる電極接合体40を備えている。電極カセット100では、イオン移動層30の一方の面30aに負極20が接触するように配置されており、イオン移動層30の面30aと反対側の面30bに正極10が接触するように配置されている。そして、正極10のガス拡散層12がイオン移動層30と接触し、撥水層11が気相G側に露出している。
[Electrode cassette]
The
そして、図3に示すように、電極接合体40は、スペーサー部材50に積層されている。スペーサー部材50は、正極10における面10aの外周部に沿うU字状の枠部材であり、上部が開口している。つまり、スペーサー部材50は、2本の第一柱状部材51の底面を第二柱状部材52で連結した枠部材である。そして、図2に示すように、スペーサー部材50の側面53は、正極10の面10aの外周部と接合されている。
Then, as shown in FIG. 3, the
図2に示すように、二組の電極接合体40とスペーサー部材50とを積層してなる電極カセット100は、大気と連通した気相Gが形成されるように、微生物燃料電池槽1の内部に配置される。微生物燃料電池槽1の内部には被処理水3が保持されており、正極10のガス拡散層12、負極20及びイオン移動層30は被処理水3に浸漬されている。
As shown in FIG. 2, the
後述するように、正極10は撥水性を有する撥水層11を備えている。そのため、微生物燃料電池槽1の内部に保持された被処理水3とスペーサー部材50の内部とは隔てられ、電極接合体40及びスペーサー部材50により形成された内部空間は気相Gとなっている。そして、液体処理システムAでは、この気相Gが外気に開放されるか、あるいはこの気相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。また、図2に示すように、正極10及び負極20は、それぞれ外部回路60と電気的に接続されている。
As described later, the
(正極)
本実施形態に係る正極10は、図2に示すように、撥水層11と、撥水層11に接触するように重ねられているガス拡散層12とを備えるガス拡散電極からなる。このような薄板状のガス拡散電極を用いることにより、気相G中の酸素を正極10中の触媒に容易に供給することが可能となる。
(Positive electrode)
As shown in FIG. 2, the
<撥水層>
正極10における撥水層11は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層11は、電極カセット100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11は、気相G中の酸素を透過し、ガス拡散層12へ移動させつつも、被処理水3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 11 in the
撥水層11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11は、図2に示す構成では、ガス拡散層12に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層11は、当該酸素を拡散できるように多孔質体であることが好ましい。なお、撥水層11は撥水性を有するため、結露等により多孔質体の細孔が閉塞し、酸素の拡散性が低下することを抑制できる。また、撥水層11の内部に被処理水3が染み込み難いため、撥水層11における気相Gと接触する面からガス拡散層12と対向する面にかけて、酸素を効率的に流通させることが可能となる。
The water-repellent layer 11 is in contact with the gas phase G containing oxygen and diffuses oxygen in the gas phase G. In the structure shown in FIG. 2, the water repellent layer 11 supplies oxygen to the gas diffusion layer 12 substantially uniformly. Therefore, the water repellent layer 11 is preferably a porous body so that the oxygen can be diffused. Since the water-repellent layer 11 has water repellency, it is possible to prevent the pores of the porous body from being clogged by dew condensation or the like, and reducing the diffusivity of oxygen. Further, since the
撥水層11は、織布又は不織布によりシート状に形成されていることが好ましい。また、撥水層11を構成する材料は、撥水性を有し、気相G中の酸素を拡散できれば特に限定されない。撥水層11を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチルセルロース、ポリ−4−メチルペンテン−1、ブチルゴム及びポリジメチルシロキサン(PDMS)からなる群より選ばれる少なくとも一つを使用することができる。これらの材料は多孔質体を形成しやすく、さらに撥水性も高いため、細孔の閉塞を抑制してガス拡散性を向上させることができる。なお、撥水層11は、撥水層11及びガス拡散層12の積層方向Xに複数の貫通孔を有することが好ましい。 The water-repellent layer 11 is preferably formed of a woven or non-woven fabric into a sheet shape. The material forming the water-repellent layer 11 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 11 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 11 preferably has a plurality of through holes in the stacking direction X of the water-repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12.
撥水層11は撥水性を高めるために、必要に応じて撥水剤を用いて撥水処理を施してもよい。具体的には、撥水層11を構成する多孔質体にポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤を付着させ、撥水性を向上させてもよい。 The water-repellent layer 11 may be subjected to 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 11.
<ガス拡散層>
正極10におけるガス拡散層12は、多孔質な導電性材料と、この導電性材料に担持されている触媒とを備えることが好ましい。なお、ガス拡散層12が、多孔質かつ導電性を有する触媒から構成されてもよい。正極10にこのようなガス拡散層12を使用することで、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60との間で導通させることが可能となる。つまり、後述するように、ガス拡散層12には触媒が担持されており、さらに触媒は酸素還元触媒である。そして、電子が外部回路60からガス拡散層12を通じて触媒に移動することにより、触媒によって、酸素、水素イオン及び電子による酸素還元反応を進行させることが可能となる。
<Gas diffusion layer>
The gas diffusion layer 12 in the
正極10では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層11及びガス拡散層12を効率よく透過し、触媒に供給されることが好ましい。そのため、ガス拡散層12は、撥水層11と対向する面から反対側の面にかけて、酸素が透過する細孔を多数有する多孔質体であることが好ましい。また、ガス拡散層12の形状は、三次元のメッシュ状であることが特に好ましい。このようなメッシュ状であることにより、ガス拡散層12に対し、高い酸素透過性及び導電性を付与することが可能となる。
In the
正極10において、ガス拡散層12に効率的に酸素を供給するために、撥水層11は、接着剤を介してガス拡散層12と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層12に対して拡散した酸素が直接供給され、酸素還元反応を効率的に行うことができる。接着剤は、撥水層11とガス拡散層12との間の接着性を確保する観点から、撥水層11とガス拡散層12との間の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。ただ、撥水層11とガス拡散層12との間の接着性を高め、長期間に亘り安定的に酸素をガス拡散層12に供給する観点から、接着剤は撥水層11とガス拡散層12との間の全面に設けられていることがより好ましい。
In the
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10のガス拡散層12について、さらに詳しく説明する。上述のように、ガス拡散層12は、多孔質な導電性材料と、当該導電性材料に担持されている触媒とを備えるような構成とすることができる。
Here, the gas diffusion layer 12 of the
ガス拡散層12における導電性材料は、例えば炭素系物質、導電性ポリマー、半導体及び金属からなる群より選ばれる一種以上の材料から構成することができる。ここで、炭素系物質とは、炭素を構成成分とする物質をいう。炭素系物質の例としては、例えば、グラファイト、活性炭、カーボンブラック、バルカン(登録商標)XC−72R、アセチレンブラック、ファーネスブラック、デンカブラックなどのカーボンパウダー、グラファイトフェルト、カーボンウール、カーボン織布などのカーボンファイバー、カーボンプレート、カーボンペーパー、カーボンディスク、カーボンクロス、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 12 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12における触媒は、白金系触媒、鉄又はコバルトを用いた炭素系触媒、部分酸化したタンタル炭窒化物(TaCNO)及びジルコニウム炭窒化物(ZrCNO)等の遷移金属酸化物系触媒、タングステン又はモリブデンを用いた炭化物系触媒、活性炭等を用いることができる。 The catalyst in the gas diffusion layer 12 is a platinum catalyst, a carbon catalyst using iron or cobalt, a transition metal oxide 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12における触媒は、金属原子がドープされている炭素系材料であることが好ましい。金属原子としては特に限定されないが、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属の原子であることが好ましい。この場合、炭素系材料が、特に酸素還元反応を促進させるための触媒として優れた性能を発揮する。炭素系材料が含有する金属原子の量は、炭素系材料が優れた触媒性能を有するように適宜設定すればよい。 The catalyst in the gas diffusion layer 12 is preferably a carbon-based material doped with metal atoms. The metal atom is not particularly limited, but titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium. It is 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12を構成することができる。 The shape of the carbon-based material is not particularly limited. For example, the carbon-based material may have a 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 12 without a conductive material.
ガス拡散層12における触媒として構成される炭素系材料は、次のように調製することができる。まず、例えば窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属を含む非金属化合物と、金属化合物と、炭素源原料とを含有する混合物を準備する。そして、この混合物を、800℃以上1000℃以下の温度で、45秒以上600秒未満加熱する。これにより、触媒として構成される炭素系材料を得ることができる。 The carbon-based material configured as the catalyst in the gas diffusion layer 12 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、エチレンジアミン、オクチルボロン酸、1,2−ビス(ジエチルホスフィノエタン)、亜リン酸トリフェニル、ベンジルジサルフィドからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を使用することができる。非金属化合物の使用量は、炭素源原料への非金属原子のドープ量に応じて適宜設定される。非金属化合物の使用量は、金属化合物中の金属原子と、非金属化合物中の非金属原子とのモル比が、1:1〜1:2の範囲内となるように決定されることが好ましく、1:1.5〜1:1.8の範囲内となるように決定されることがより好ましい。 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 nonmetal compound include pentaethylenehexamine, ethylenediamine, tetraethylenepentamine, triethylenetetramine, ethylenediamine, octylboronic acid, 1,2-bis(diethylphosphinoethane), triphenylphosphite, and benzyldisal. At least one compound selected from the group consisting of fido 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12において、触媒は結着剤を用いて導電性材料に結着していてもよい。つまり、触媒は結着剤を用いて導電性材料の表面及び細孔内部に担持されていてもよい。これにより、触媒が導電性材料から脱離し、酸素還元特性が低下することを抑制できる。結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びエチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。また、結着剤としては、NAFION(登録商標)を用いることも好ましい。 In the gas diffusion layer 12, the catalyst may be bound to the conductive material using a binder. That is, the catalyst may be supported on the surface of the conductive material and inside the pores 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)
本実施形態における負極20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、被処理水3中の有機物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20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
負極20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。導電体シートとしては、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使用することができる。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20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イオン移動層30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20の導電体シートは、正極10、イオン移動層30及び負極20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
当該導電体シートは、厚さ方向に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20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 in the thickness direction. Therefore, as the material forming the conductor sheet of the
負極20の導電体シートとして、正極10で使用し得る黒鉛シートを用いてもよい。また、負極20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10、イオン移動層30及び負極20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20の局部電池反応により生成した電子を外部回路60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 that can be used for the
負極20に担持される微生物としては、被処理水3中の有機物を分解して、水素イオン及び電子を生成する電流生成菌であれば特に限定されない。このような微生物としては、例えば、増殖に酸素を必要とする好気性微生物、又は増殖に酸素を必要としない嫌気性微生物を使用することができるが、嫌気性微生物を使用することが好ましい。嫌気性微生物は、被処理水3中の有機物を酸化分解するための空気を必要としない。そのため、空気を送り込むために必要な電力を大幅に低減することができる。また、微生物が獲得する自由エネルギーが小さいので、汚泥発生量を減少させることが可能となる。
The microorganism carried on the
負極20に保持される好気性微生物は、例えばEscherichia属細菌である大腸菌、Pseudomonas属細菌である緑濃菌、Bacillus属細菌である枯草菌が挙げられる。また、負極20に保持される嫌気性微生物は、例えば細胞外電子伝達機構を有する電気生産細菌であることが好ましい。具体的には、嫌気性微生物として、例えばGeobacter属細菌、Shewanella属細菌、Aeromonas属細菌、Geothrix属細菌、Saccharomyces属細菌が挙げられる。
Examples of aerobic microorganisms retained on the
負極20に、微生物を含むバイオフィルムが重ねられて固定されることで、負極20に微生物が保持されていてもよい。なお、バイオフィルムとは、一般に、微生物集団と、微生物集団が生産する菌体外重合体物質(extracellular polymeric substance、EPS)とを含む三次元構造体のことをいう。ただ、微生物は、バイオフィルムによらずに負極20に保持されていてもよい。また、微生物は、負極20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
負極20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、微生物燃料電池槽1内の被処理水3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20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
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。被処理水3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20へと受け渡す。この結果、被処理水3における有機物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 a mediator molecule is introduced into the water to be treated 3, the mediator molecule acts as the final electron acceptor for metabolism, and the received electron is transferred to the
(イオン移動層)
本実施形態の電極カセット100は、正極10と負極20との間に設けられ、プロトン透過性及び電気絶縁性を有するイオン移動層30をさらに備える。そして、図1及び図2に示すように、負極20は、イオン移動層30を介して正極10と隔てられている。イオン移動層30は、負極20で生成した水素イオンを透過し、正極10側へ移動させる機能を有している。
(Ion transfer layer)
The
イオン移動層30としては、例えばイオン交換樹脂を用いたイオン交換膜を使用することができる。イオン交換樹脂としては、例えばデュポン株式会社製のNAFION(登録商標)、並びに旭硝子株式会社製のフレミオン(登録商標)及びセレミオン(登録商標)を用いることができる。
As the
また、イオン移動層30として、水素イオンが透過することが可能な細孔を有する多孔質膜を使用してもよい。つまり、イオン移動層30は、負極20から正極10へ水素イオンが移動するための空間(空隙)を有するシートであってもよい。そのため、イオン移動層30は、多孔質のシート、織布状のシート及び不織布状のシートからなる群より選ばれる少なくとも一つを備えることが好ましい。また、イオン移動層30は、ガラス繊維膜、合成繊維膜、及びプラスチック不織布からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができ、これらを複数積層してなる積層体でもよい。このような多孔質のシートは、内部に多数の細孔を有しているため、水素イオンが容易に移動することが可能となる。なお、イオン移動層30の細孔径は、負極20から正極10に水素イオンが移動できれば特に限定されない。
Further, as the
上述のように、イオン移動層30は、負極20で生成した水素イオンを透過し、正極10側へ移動させる機能を有する。ただ、例えば、負極20と正極10とが接触しない状態で近接していれば、水素イオンが負極20から正極10へ移動することができる。そのため、液体処理システムAにおいて、イオン移動層30は必須の構成要素ではない。しかし、イオン移動層30を設けることにより、負極20から正極10へ水素イオンを効率的に移動させることが可能となるため、出力向上の観点からイオン移動層30を設けることが好ましい。なお、正極10とイオン移動層30との間に間隔が設けられていてもよく、負極20とイオン移動層30との間も間隔が設けられていてもよい。
As described above, the
電極カセット100において、スペーサー部材50は、上部の全体が開口しているが、内部に空気(酸素)を導入することが可能ならば部分的に開口していてもよく、また閉口していてもよい。
In the
〔外部回路〕
図1及び図2に示すように、正極10及び負極20には、外部回路60が電気的に接続されている。後述するように、負極20に担持された微生物の触媒作用により、被処理水3中の有機物が分解されて電子が生成する。負極20で生成した電子は外部回路60へ移動し、さらに外部回路60から正極10に移動する。このとき、外部回路60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。
[External circuit]
As shown in FIGS. 1 and 2, an
〔酸素供給部〕
液体処理システムAにおいて、活性汚泥槽2は、活性汚泥槽2の内部に保持されている被処理水3に対して、外部から酸素を供給するための酸素供給部200を備えている。酸素供給部200の構成は、制御部210からの指令に基づき、活性汚泥槽2の内部の被処理水3に対して酸素を供給できるならば、特に限定されない。また、酸素供給部200は、活性汚泥槽2の内部の被処理水3に対して、空気を供給するような構成であってもよい。
[Oxygen supply section]
In the liquid treatment system A, the activated
例えば、酸素供給部200は、被処理水3に対して酸素を散気する散気装置を備えることが好ましい。具体的には、図2に示すように、散気装置110は、酸素を散気するための孔部を有する散気部材111と、孔部に酸素を供給する酸素供給部材112とを備えることができる。
For example, the
散気部材111は、酸素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111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111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
酸素供給部材112は散気部材111を保持し、さらに散気部材111の孔部に酸素を供給する中空部材である。そして、酸素供給部材112から供給された酸素は、散気部材111の孔部を通過して気泡となり、被処理水3中に拡散する。
The
酸素供給部材112には、活性汚泥槽2の外部から酸素を供給するための配管113が接続されていることが好ましい。具体的には、酸素供給部材112の下部に、中空の配管113が接続されていることが好ましい。配管113は、活性汚泥槽2の後壁2bを貫通し、活性汚泥槽2の外部に延出している。そして、配管113の端部には、酸素を圧送するための圧縮機114が接続されている。
A
活性汚泥槽2において、散気部材111及び酸素供給部材112の位置は特に限定されない。ただ、活性汚泥槽2の内部の被処理水3に対して酸素を効率的に供給する観点から、平面視した場合、活性汚泥槽2の中央付近に設けることが好ましい。
In the activated
〔第一の有機物濃度測定部〕
液体処理システムAは、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220を備えている。第一の有機物濃度測定部220は、図1及び図2に示すように、微生物燃料電池槽1と活性汚泥槽2との間の連結管4に設けることができる。そして、第一の有機物濃度測定部220は、連続的又は断続的に活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定することが好ましい。第一の有機物濃度測定部220の構成は、被処理水3中の有機物の濃度が測定できるならば特に限定されないが、例えばUV式有機物計を用いることができる。UV式有機物計は、紫外線吸光度により、被処理水3中の有機物の濃度を測定する機器である。第一の有機物濃度測定部220は、後述する制御部210と電気的に接続されており、測定した有機物濃度を制御部210に送信する機能を有する。
[First organic matter concentration measuring section]
The liquid treatment system A includes a first organic substance
〔制御部〕
液体処理システムAは、酸素供給部200を制御する制御部210を備えている。図1及び図2に示すように、制御部210は、活性汚泥槽2に設けられた酸素供給部200と電気的に接続されており、酸素供給部200の作動状態を制御する。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部220により測定した有機物濃度を受信する。なお、制御部210は、CPU、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備える。
[Control part]
The liquid processing system A includes a
次に、本実施形態の液体処理システムAの動作について説明する。まず、有機物を含有する被処理水3を微生物燃料電池槽1及び活性汚泥槽2に送入する。そして、図1及び図2に示すように、正極10及び負極20を備える電極カセット100を被処理水3に浸漬させる。この場合、正極10のガス拡散層12及び負極20が被処理水3に浸漬し、撥水層11の少なくとも一部が気相Gに露出する。
Next, the operation of the liquid processing system A of this embodiment will be described. First, the water to be treated 3 containing organic matter is fed into the microbial
液体処理システムAの稼働時には、微生物燃料電池槽1の流入口5を通じて、負極20に被処理水3を連続的に供給し、正極10に空気を供給する。この際、空気は、スペーサー部材50の上部に設けられた開口部を通じて連続的に供給される。
During operation of the liquid treatment system A, the water to be treated 3 is continuously supplied to the
そして、正極10では、撥水層11を透過してガス拡散層12に酸素が拡散する。負極20では、微生物の触媒作用により、被処理水3中の有機物から水素イオン及び電子を生成する。負極20で生成した水素イオンは、正極10側へ移動し、正極10中のガス拡散層12に到達する。図2に示すように、電極カセット100がイオン移動層30を有する場合には、負極20で生成した水素イオンは、イオン移動層30を透過して正極10側へ移動し、正極10中のガス拡散層12に到達する。また、生成した電子は負極20の導電体シートを通じて外部回路60へ移動し、さらに外部回路60から正極10のガス拡散層12に移動する。そして、水素イオン及び電子は、ガス拡散層12中の触媒の作用により酸素と結合し、水となって消費される。このとき、外部回路60によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。このように、電極カセット100は、負極20における微生物の作用により、被処理水3中の有機物を分解することができる。
Then, in the
微生物燃料電池槽1の電極カセット100で処理された被処理水3は、連結管4を通じて活性汚泥槽2の内部に連続的に移動する。活性汚泥槽2に送入された被処理水3は、活性汚泥槽2内部の被処理水3に保持された好気性微生物により更に浄化される。具体的には、活性汚泥槽2では酸素供給部200が稼働しており、活性汚泥槽2の内部の被処理水3に対して空気を連続的又は間欠的に供給している。そのため、好気性微生物の好気呼吸により、被処理水3に残存する有機物を酸化分解している。なお、活性汚泥槽2の被処理水3に保持されている好気性微生物は、酸素に基づく代謝機構を備えた微生物であり、被処理水3中の有機物を分解できるならば特に限定されない。好気性微生物としては、例えばEscherichia属細菌である大腸菌、Pseudomonas属細菌である緑濃菌、Bacillus属細菌である枯草菌が挙げられる。
The
微生物燃料電池槽1及び活性汚泥槽2で処理された被処理水3は、有機物の濃度が大きく減少し、活性汚泥槽2の流出口6から外部に排出される。
The
ここで、液体処理システムAにおいて、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された被処理水3中の有機物の濃度に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。つまり、制御部210は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度が通常よりも高い場合には、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を増加し、活性汚泥槽2の有機物処理能力を上げる制御を行う。逆に、制御部210は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を減少させ、活性汚泥槽2の有機物処理能力を下げる制御を行う。
Here, in the liquid processing system A, the
具体的には、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部220により測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部210は記憶部を備えており、記憶部には、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、酸素供給部200が通常運転を行う有機物濃度の範囲であり、通常運転では、所定量の酸素が被処理水3に供給される。なお、通常運転範囲の上限値及び下限値は、活性汚泥槽2の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
Specifically, the
そして、このような液体処理システムAが稼働した場合、酸素供給部200は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水3に供給する。第一の有機物濃度測定部220は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第一の有機物濃度測定部220は、測定した有機物濃度を制御部210に送信する。測定結果を受信した制御部210は、図4に示すように、被処理水3中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する(ステップS1)。被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部200は通常運転を継続する。
When such a liquid treatment system A operates, the
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部210は、有機物の濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する(ステップS2)。
When the concentration of the organic substance in the water to be treated 3 is outside the normal operating range, the
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う(ステップS3)。具体的には、制御部210は、酸素供給部200の圧縮機114と電気的に接続されており、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
When the concentration of the organic substance in the treated
逆に、ステップS2において、被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う(ステップS4)。具体的には、制御部210は、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。被処理水3中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、活性汚泥槽2の処理能力を低下させても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも減少することから、圧縮機114を稼働させる電力を削減することが可能となる。
On the contrary, in step S2, when the concentration of the organic matter in the treated
このように、本実施形態の液体処理システムAは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水3に接触する負極20と、負極20と電気的に接続された正極10とを有する微生物燃料電池槽1を備える。液体処理システムAは、さらに、微生物燃料電池槽1の下流側に設けられ、被処理水3に酸素を供給する酸素供給部200を有する活性汚泥槽2を備える。液体処理システムAは、さらに、微生物燃料電池槽1の下流側に設けられ、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220と、酸素供給部200を制御する制御部210とを備える。制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。このように、被処理水3中の有機物濃度が上昇して、除去すべき有機物が増加した場合でも、被処理水3に供給する酸素量を適切に調整することで、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
As described above, the liquid treatment system A of the present embodiment includes the
制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を多くする制御を行うことが好ましい。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を減らす制御を行うことが好ましい。このように、有機物濃度が高まったときに酸素供給量を増やし、有機物濃度が低下したときに酸素供給量を減らすことにより、酸素供給部200の負荷を低減し、酸素供給部200でのエネルギー消費を抑制することが可能となる。
The
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, a liquid treatment system according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
本実施形態の液体処理システムBは、図5に示すように、第一実施形態と同様に、電極カセット100を有する微生物燃料電池槽1と、微生物燃料電池槽1よりも下流側に配置され、酸素供給部200を有する活性汚泥槽2とを備えている。液体処理システムBは、さらに、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220と、酸素供給部200を制御する制御部210とを備えている。制御部210は、第一の有機物濃度測定部220及び酸素供給部200と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 5, the liquid treatment system B of the present embodiment is arranged in a microbial
液体処理システムBは、さらに、正極10及び負極20と電気的に接続された外部回路60を備えている。そして、外部回路60によって、正極10及び負極20の間で生じた電気エネルギーを回収している。図5に示すように、外部回路60は制御部210と電気的に接続されている。外部回路60は、正極10と負極20の間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定し、その測定結果を制御部210に送信する機能を有する。
The liquid processing system B further includes an
本実施形態の液体処理システムBも、第一実施形態と同様に、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
In the liquid processing system B of the present embodiment as well, as in the first embodiment, the
ここで、微生物燃料電池槽1に送入された被処理水3中の有機物濃度が高まった場合、負極20で分解される有機物量が増加することから、外部回路60で測定される電流値及び/又は電圧値も増加する。ただ、電極カセット100で分解することが可能な有機物量には限界があることから、微生物燃料電池槽1に送入された被処理水3中の有機物濃度が高まった場合、微生物燃料電池槽1で処理しきれない有機物が増加する。そして、第一の有機物濃度測定部220で測定される有機物濃度も高まることから、活性汚泥槽2の処理能力を高める必要がある。
Here, when the concentration of organic substances in the water to be treated 3 fed into the microbial
そのため、本実施形態の液体処理システムBは、外部回路60で測定した正極10と負極20との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、上述のように、制御部210は、外部回路60と電気的に接続されており、外部回路60により測定した電流値及び/又は電圧値を受信する。そして、制御部210は記憶部を備えており、記憶部には、電流値及び/又は電圧値に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、酸素供給部200が通常運転を行う電流値及び電圧値の範囲であり、通常運転では、所定量の酸素が被処理水3に供給される。なお、通常運転範囲の上限値及び下限値は、活性汚泥槽2の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
Therefore, the liquid treatment system B of the present embodiment supplies the water to be treated 3 from the
そして、このような液体処理システムBが稼働した場合、酸素供給部200は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水3に供給する。外部回路60は、電流値及び/又は電圧値を連続的又は断続的に測定する。外部回路60は、測定した電流値及び/又は電圧値を制御部210に送信する。測定結果を受信した制御部210は、図6に示すように、電流値及び/又は電圧値と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、電流値及び/又は電圧値が通常運転範囲内であるか否かを判断する(ステップS1)。電流値及び/又は電圧値が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部200は通常運転を継続する。
Then, when such a liquid treatment system B operates, the
電流値及び/又は電圧値が通常運転範囲外である場合には、制御部210は、有機物の濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する(ステップS2)。電流値及び/又は電圧値が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う(ステップS3)。具体的には、制御部210は、酸素供給部200の圧縮機114と電気的に接続されており、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
When the current value and/or the voltage value is outside the normal operation range, the
逆に、ステップS2において、電流値及び/又は電圧値が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う(ステップS4)。具体的には、制御部210は、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも減少することから、圧縮機114を稼働させる電力を削減することが可能となる。
On the contrary, in step S2, when the current value and/or the voltage value is lower than the lower limit value of the normal operation range, it is determined that the concentration of the organic matter is lower than usual, and the
このように、本実施形態の液体処理システムBは、正極10と負極20との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定する外部回路60をさらに備えている。そして、制御部210は、正極10と負極20との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。これにより、被処理水3中の有機物濃度が上昇した場合でも、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度及び外部回路60で測定された電流値及び/又は電圧値に基づき、被処理水3に供給する酸素量を適切に調整することができる。そのため、液体処理システムBから排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
As described above, the liquid treatment system B of the present embodiment further includes the
なお、液体処理システムBでは、外部回路60で測定した電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整している。ただ、本実施形態は、このような態様に限定されず、正極10におけるカソード電位及び/又は負極20におけるアノード電位に基づき、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整してもよい。
In the liquid treatment system B, the amount of oxygen supplied from the
微生物燃料電池槽1に送入された被処理水3中の有機物濃度が高まった場合、負極20で分解される有機物量が増加することから、負極20におけるアノード電位は負にシフトする。アノード電位が負にシフトした場合、負極20と電気的に接続された正極10におけるカソード電位は正にシフトする。逆に、微生物燃料電池槽1に送入された被処理水3中の有機物濃度が低下した場合、負極20で分解される有機物量が減少することから、負極20におけるアノード電位は正にシフトする。アノード電位が正にシフトした場合、正極10におけるカソード電位は負にシフトする。そのため、正極10におけるカソード電位及び/又は負極20におけるアノード電位に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行ってもよい。正極10におけるカソード電位及び負極20におけるアノード電位は、電位計を用いて測定することができる。電位計は銀−塩化銀電極のような参照電極を備えており、参照電極を被処理水3に浸漬させ、正極10及び負極20を作用電極とすることで、正極10及び負極20の電位を測定することができる。
When the concentration of organic substances in the water to be treated 3 fed into the microbial
[第三実施形態]
次に、第三実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, a liquid processing system according to the third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
本実施形態の液体処理システムCは、図7に示すように、第一実施形態と同様に、電極カセット100を有する微生物燃料電池槽1と、微生物燃料電池槽1よりも下流側に配置され、酸素供給部200を有する活性汚泥槽2とを備えている。液体処理システムCは、さらに、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220と、酸素供給部200を制御する制御部210とを備えている。
As shown in FIG. 7, the liquid treatment system C of the present embodiment is, as in the first embodiment, arranged with a microbial
本実施形態の液体処理システムCは、第一実施形態の液体処理システムAに対して、微生物燃料電池槽1の上流側に設けられた第二の有機物濃度測定部221と、活性汚泥槽2の下流側に設けられた第三の有機物濃度測定部222とをさらに備えている。
The liquid treatment system C of the present embodiment is different from the liquid treatment system A of the first embodiment in that the second organic matter
具体的には、第二の有機物濃度測定部221は、微生物燃料電池槽1の流入口5に設けることができる。第二の有機物濃度測定部221は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽1に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する。また、第三の有機物濃度測定部222は、活性汚泥槽2の流出口6に設けることができる。第三の有機物濃度測定部222は、連続的又は断続的に活性汚泥槽2から排出される被処理水3中の有機物の濃度を測定する。第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222の構成は、被処理水3中の有機物の濃度が測定できるならば特に限定されないが、例えばUV式有機物計を用いることができる。第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222は、制御部210と電気的に接続されており、測定した有機物濃度を制御部210に送信する機能を有する。
Specifically, the second organic matter
本実施形態の液体処理システムCも、第一実施形態と同様に、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
In the liquid treatment system C of the present embodiment as well, as in the first embodiment, the
ここで、微生物燃料電池槽1に送入される被処理水3中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、微生物燃料電池槽1及び活性汚泥槽2のいずれか一方の処理能力を高める必要がある。ただ、微生物燃料電池槽1では、負極20に担持された嫌気性微生物により有機物を分解しているため、微生物燃料電池槽1の処理能力を即座に高めることは困難である。また、活性汚泥槽2から排出される被処理水3中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、液体処理システムCでの処理が不十分であることから、微生物燃料電池槽1及び活性汚泥槽2のいずれか一方の処理能力を高める必要がある。ただ、上述のように、微生物燃料電池槽1の処理能力を即座に高めることは困難である。
Here, when the organic matter concentration in the water to be treated 3 fed into the microbial
そのため、本実施形態の液体処理システムCは、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、上述のように、制御部210は、第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222と電気的に接続されており、測定した有機物濃度を制御部210に送信する機能を有する。制御部210は、第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222により測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部210は記憶部を備えており、記憶部には、第二の有機物濃度測定部221に対応した所定値と、第三の有機物濃度測定部222に対応した所定値とが記憶されている。
Therefore, the liquid treatment system C of the present embodiment supplies the water to be treated from the oxygen supply unit according to the concentration of the organic substance measured by at least one of the second organic substance concentration measuring unit and the third organic substance concentration measuring unit. Control is performed to adjust the amount of oxygen to be generated. Specifically, as described above, the
そして、このような液体処理システムCが稼働した場合、第二の有機物濃度測定部221は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽1に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する。第三の有機物濃度測定部222は、連続的又は断続的に活性汚泥槽2から排出される被処理水3中の有機物の濃度を測定する。第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222は、測定した有機物濃度を制御部210に送信する。
Then, when such a liquid treatment system C is operated, the second organic matter
第二の有機物濃度測定部221による測定結果を受信した制御部210は、当該測定値と第二の有機物濃度測定部221に対応した所定値とを比較する。そして、当該測定値が所定値を超える場合には、微生物燃料電池槽1に送入される被処理水3中の有機物濃度が通常よりも高まったと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。具体的には、制御部210は、酸素供給部200の圧縮機114と電気的に接続されており、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
Upon receiving the measurement result by the second organic substance
同様に、第三の有機物濃度測定部222による測定結果を受信した制御部210は、当該測定値と第三の有機物濃度測定部222に対応した所定値とを比較する。そして、当該測定値が、第三の有機物濃度測定部222に対応した所定値を超える場合には、微生物燃料電池槽1及び活性汚泥槽2での有機物の処理が不十分と判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。具体的には、制御部210は、酸素供給部200の圧縮機114と電気的に接続されており、圧縮機114に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
Similarly, the
このように、本実施形態の液体処理システムCは、微生物燃料電池槽1の上流側に設けられる第二の有機物濃度測定部221と、活性汚泥槽2の下流側に設けられる第三の有機物濃度測定部222とをさらに備える。第二の有機物濃度測定部221は、微生物燃料電池槽1に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する。第三の有機物濃度測定部222は、活性汚泥槽2から流出する被処理水3中の有機物の濃度を測定する。制御部210は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度と、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された有機物の濃度とに応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。また、制御部は、第二の有機物濃度測定部221及び第三の有機物濃度測定部222の少なくとも一方で測定された有機物の濃度が所定値を超えている場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、微生物燃料電池槽1に送入される被処理水3中の有機物濃度が通常よりも高まった場合でも、活性汚泥槽2により有機物を酸化分解することができるため、液体処理システムCから排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。また、活性汚泥槽2から排出される被処理水3中の有機物濃度が通常よりも高まった場合でも、活性汚泥槽2の処理能力を即座に上げることができるため、液体処理システムCから排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
As described above, the liquid treatment system C of the present embodiment has the second organic matter
上述のように、本実施形態の液体処理システムは、微生物燃料電池槽1と、活性汚泥槽2と、第一の有機物濃度測定部220と、酸素供給部200を制御する制御部210とを備えている。ただ、液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第二の有機物濃度測定部221のみを備えるような構成であってもよい。また、液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第三の有機物濃度測定部222のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第一の有機物濃度測定部220及び第二の有機物濃度測定部のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第一の有機物濃度測定部220及び第三の有機物濃度測定部222のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部222のみを備えるような構成であってもよい。そして、制御部210は、第一の有機物濃度測定部、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部からなる群より選ばれる少なくとも一つで測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行ってもよい。これらの構成であっても、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
As described above, the liquid treatment system of the present embodiment includes the microbial
[第四実施形態]
次に、第四実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態乃至第三実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a liquid treatment system according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment to the third embodiment are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
本実施形態の液体処理システムDは、図8に示すように、第一実施形態と同様に、電極カセット100を有する微生物燃料電池槽1と、微生物燃料電池槽1よりも下流側に配置され、酸素供給部200を有する活性汚泥槽2とを備えている。液体処理システムDは、さらに、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220と、酸素供給部200を制御する制御部210とを備えている。
As shown in FIG. 8, the liquid treatment system D of the present embodiment is, as in the first embodiment, arranged with a microbial
本実施形態の液体処理システムDは、第一実施形態の液体処理システムAに対して、微生物燃料電池槽1の上流側に設けられる第一の流量調整部230と、微生物燃料電池槽1と活性汚泥槽2との間に設けられる第二の流量調整部231をさらに備える。第一の流量調整部230は、微生物燃料電池槽1に流入する被処理水3の流量を調整する。また、第二の流量調整部231は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する。第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231は、制御部210と電気的に接続されており、制御部210からの指令に基づき、被処理水3の流量を増加又は減少させる制御を行う。第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231の構成は特に限定されないが、例えば電動弁又は電磁弁を用いることができる。
The liquid treatment system D of the present embodiment is different from the liquid treatment system A of the first embodiment in that the first flow
本実施形態の液体処理システムDも、第一実施形態と同様に、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
In the liquid treatment system D of the present embodiment as well, similar to the first embodiment, the
ここで、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量が低下した場合、被処理水3は、活性汚泥槽2の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まるため、好気性微生物により有機物を効率的に酸化分解することができる。
Here, when the flow rate of the treated
そのため、本実施形態の液体処理システムDは、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する制御を行う。具体的には、液体処理システムDが稼働した場合、酸素供給部200は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水3に供給する。また、第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231も開状態であり、所定量の被処理水3が流通する。第一の有機物濃度測定部220は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第一の有機物濃度測定部220は、測定した有機物濃度を制御部210に送信する。測定結果を受信した制御部210は、図9に示すように、被処理水3中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する(ステップS1)。被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部200は通常運転を継続し、第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231も開状態を維持する。
Therefore, the liquid processing system D of the present embodiment uses the first flow
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部210は、有機物の濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する(ステップS2)。
When the concentration of the organic substance in the water to be treated 3 is outside the normal operating range, the
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。さらに、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を減らす制御を行う(ステップS3)。具体的には、制御部210は、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231に対して、被処理水3の流量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。さらに、活性汚泥槽2の内部への被処理水3の流入量が減少し、被処理水3の滞留時間が長くなるため、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。
When the concentration of the organic substance in the treated
逆に、ステップS2において、被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部200から被処理水3に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。さらに、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を増やす制御を行う(ステップS4)。具体的には、制御部210は、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231に対して、被処理水3の流量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水3中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を増やしても、十分に浄化された水が排出される。そのため、液体処理システムDによる被処理水3の処理量を高めることが可能となる。また、活性汚泥槽2の被処理水3への酸素供給量が通常運転時よりも減少させた場合には、圧縮機114を稼働させる電力を削減することが可能となる。
On the contrary, in step S2, when the concentration of the organic matter in the treated
このように、本実施形態の液体処理システムDは、微生物燃料電池槽1の上流側、及び微生物燃料電池槽1と活性汚泥槽2との間の少なくとも一方に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部230,231をさらに備える。そして、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部230,231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する制御を行う。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部230,231により被処理水3の流量を少なくする制御を行うことが好ましい。このような構成により、被処理水3の有機物濃度が高い場合には、活性汚泥槽2の内部への被処理水3の流入量が減少し、被処理水3の滞留時間が長くなる。そのため、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部230,231により被処理水3の流量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、液体処理システムDによる被処理水3の処理量を高めることが可能となる。
As described above, the liquid treatment system D of the present embodiment is provided on the upstream side of the microbial
[第五実施形態]
次に、第五実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態乃至第四実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a liquid treatment system according to the fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first to fourth embodiments will be designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
本実施形態の液体処理システムは、図8に示す第四実施形態と同様に、電極カセット100を有する微生物燃料電池槽1と、微生物燃料電池槽1よりも下流側に配置され、酸素供給部200を有する活性汚泥槽2とを備えている。液体処理システムは、さらに、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220と、制御部210とを備えている。
The liquid treatment system of the present embodiment is arranged in the microbial
本実施形態の液体処理システムは、第四実施形態と同様に、微生物燃料電池槽1の上流側に設けられる第一の流量調整部230と、微生物燃料電池槽1と活性汚泥槽2との間に設けられる第二の流量調整部231をさらに備える。第一の流量調整部230は、微生物燃料電池槽1に流入する被処理水3の流量を調整する。また、第二の流量調整部231は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する。第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231は、制御部210と電気的に接続されており、制御部210からの指令に基づき、被処理水3の流量を増加又は減少させる制御を行う。第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231の構成は特に限定されないが、例えば電動弁又は電磁弁を用いることができる。
Similar to the fourth embodiment, the liquid treatment system according to the present embodiment is provided between the first flow
ここで、上述のように、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量が低下した場合、被処理水3は、活性汚泥槽2の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まるため、好気性微生物により有機物を効率的に酸化分解することができる。
Here, as described above, when the flow rate of the treated
そのため、本実施形態の液体処理システムは、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する制御を行う。具体的には、液体処理システムが稼働した場合、酸素供給部200は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水3に供給する。また、第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231も開状態であり、所定量の被処理水3が流通する。第一の有機物濃度測定部220は、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第一の有機物濃度測定部220は、測定した有機物濃度を制御部210に送信する。測定結果を受信した制御部210は、図10に示すように、被処理水3中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する(ステップS1)。被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部200は通常運転を継続し、第一の流量調整部230及び第二の流量調整部231も開状態を維持する。
Therefore, in the liquid treatment system of the present embodiment, depending on the concentration of the organic substance measured by the first organic substance
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部210は、有機物の濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する(ステップS2)。
When the concentration of the organic substance in the water to be treated 3 is outside the normal operating range, the
被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、第一及び/又は第二の流量調整部により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を減らす制御を行う。具体的には、制御部210は、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231に対して、被処理水3の流量を通常運転時よりも減らす指令を送信する(ステップS3)。その結果、活性汚泥槽2の内部への被処理水3の流入量が減少し、被処理水3の滞留時間が長くなるため、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。
When the concentration of the organic matter in the water to be treated 3 exceeds the upper limit of the normal operating range, it is determined that the concentration of the organic matter is higher than usual, and the first and/or the second flow rate adjusting section activates the organic matter. Control is performed to reduce the flow rate of the treated
逆に、ステップS2において、被処理水3中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、第一及び/又は第二の流量調整部により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を増やす制御を行う。具体的には、制御部210は、第一の流量調整部230及び/又は第二の流量調整部231に対して、被処理水3の流量を通常運転時よりも増やす指令を送信する(ステップS4)。被処理水3中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を増やしても、十分に浄化された水が排出される。そのため、液体処理システムによる被処理水3の処理量を高めることが可能となる。
On the contrary, in step S2, when the concentration of the organic matter in the water to be treated 3 is lower than the lower limit value of the normal operating range, it is determined that the concentration of the organic matter is lower than usual, and the first and/or second flow rate The adjustment unit controls to increase the flow rate of the treated
このように、本実施形態の液体処理システムは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水3に接触する負極20と、負極20と電気的に接続された正極10とを有する微生物燃料電池槽1を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽1の下流側に設けられ、被処理水3に酸素を供給する酸素供給部200を有する活性汚泥槽2を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽1の下流側に設けられ、活性汚泥槽2に流入する被処理水3中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部220を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽1の上流側、及び微生物燃料電池槽1と活性汚泥槽2との間の少なくとも一方に設けられ、被処理水3の流量を調整する流量調整部230,231と、流量調整部230,231を制御する制御部210とを備える。制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部230,231により、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を調整する制御を行う。このように、被処理水3中の有機物濃度が上昇して、除去すべき有機物が増加した場合でも、活性汚泥槽2に流入する被処理水3の流量を適切に調整することで、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
As described above, the liquid treatment system of the present embodiment has the
制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部230,231により被処理水3の流量を少なくする制御を行うことが好ましい。このような構成により、被処理水3の有機物濃度が高い場合には、活性汚泥槽2の内部への被処理水3の流入量が減少し、被処理水3の滞留時間が長くなる。そのため、被処理水3中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。また、制御部210は、第一の有機物濃度測定部220で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部230,231により被処理水3の流量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、液体処理システムDによる被処理水3の処理量を高めることが可能となる。
The
[第六実施形態]
次に、第六実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態乃至第五実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Sixth Embodiment]
Next, a liquid treatment system according to the sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first to fifth embodiments will be designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
第一実施形態乃至第五実施形態の液体処理システムにおいて、酸素供給部200は、散気部材111、酸素供給部材112、配管113及び圧縮機114を備える散気装置110からなる。ただ、酸素供給部200はこのような構成に限定されず、例えば酸素供給カセット120と、酸素量調整部130とを備えるような構成であってもよい。酸素供給カセット120は、活性汚泥槽2に移動した被処理水3に酸素を供給し、好気性微生物の好気呼吸を促進する。
In the liquid processing system according to the first to fifth embodiments, the
具体的には、図11、図12及び図13に示すように、酸素供給カセット120は、二枚の撥水層121とスペーサー部材122とを積層してなるものである。撥水層121及びスペーサー部材122は、上述の電極カセット100における撥水層11及びスペーサー部材50と同じものを使用することができる。そして、図13に示すように、スペーサー部材122の側面122aは、撥水層121の面121aの外周部と接合されている。そのため、活性汚泥槽2の内部に保持された被処理水3とスペーサー部材122の内部とは隔てられ、撥水層121及びスペーサー部材122により内部空間140が形成されている。そして、液体処理システムEでは、この内部空間140に、酸素量調整部130によって外部から空気が送入される。そして、内部空間140の空気(酸素)は、撥水層121を透過して、被処理水3に供給される。
Specifically, as shown in FIGS. 11, 12, and 13, the
酸素供給カセット120において、撥水層121における被処理水3側の表面には、好気性微生物が担持されている。ただ、被処理水3中の有機物の分解をより促進する観点から、酸素供給カセット120における撥水層121上に、好気性微生物を保持する保持体123が重ねられていることが好ましい。さらに、保持体123は、撥水層121における被処理水3側の表面に積層されていることが好ましい。保持体123を使用することにより、保持体123において好気性微生物を効率的に増殖させ、好気性微生物の酸化分解反応を促進することが可能となる。また、保持体123は酸素透過性を有する撥水層121の表面に設けられているため、撥水層121を通じて好気性微生物へ酸素を充分に供給することができる。
In the
保持体123としては、例えば不織布状又はスポンジ状の構造体を使用することができる。保持体123は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリウレタン及びポリビニルアルコールからなる群より選ばれる一種以上の材料から作製することができる。
As the holding
酸素供給カセット120の上端には、内部空間140へ送入される酸素量(空気量)を調整する酸素量調整部130が取り付けられている。酸素量調整部130の構成は、内部空間140への酸素量を制御できれば特に限定されない。酸素量調整部130としては、例えば図14に示す構成とすることができる。
An oxygen
具体的には、図14(a)に示すように、酸素供給カセット120は、内部空間140と外部空間とを連通する開口部141を有している。また、酸素量調整部130は、開口部141を開閉する蓋部131を有している。そして、制御部210からの指令により、蓋部131を稼働する。蓋部131が稼働して開口部141を閉じることによって、内部空間140に供給される酸素量を下げることができる。また、蓋部131が稼働して開口部141を開けることによって、空気が内部空間140に流入し、内部空間140に供給される酸素量を高めることができる。
Specifically, as shown in FIG. 14A, the
酸素量調整部130は、図14(b)に示すように、内部空間140における酸素の圧力を変化させる機構とすることができる。つまり、酸素量調整部130は、酸素(空気)が溜められたタンク132と、タンク132及び内部空間140を繋ぎ、タンク132内の酸素を内部空間140に供給する供給部133とを有する。そして、制御部210により供給部133を制御し、タンク132から内部空間140への酸素供給量を調整することができる。なお、供給部133としては、圧縮空気用の電磁弁又は電動弁を使用することができる。
As shown in FIG. 14B, the oxygen
また、酸素量調整部130は、図14(c)に示すように、内部空間140に酸素を供給するブロアー134を有する構成とすることができる。制御部210によりブロアー134を制御することで、内部空間140に供給する酸素の流速を変化させ、酸素供給量を調整することが可能となる。
In addition, the oxygen
このように、液体処理システムの酸素供給部200は、散気装置110に限定されず、例えば酸素供給カセット120を用いた構成とすることができる。
As described above, the
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 微生物燃料電池槽
2 活性汚泥槽
3 被処理水
10 正極
20 負極
200 酸素供給部
210 制御部
220 第一の有機物濃度測定部
221 第二の有機物濃度測定部
222 第三の有機物濃度測定部
230,231 流量調整部
A,B,C,D,E 液体処理システム
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記活性汚泥槽に流入する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、
前記酸素供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う、液体処理システム。 A microbial fuel cell tank, which holds an anaerobic microorganism, and comprises a negative electrode that comes into contact with water to be treated containing an organic matter, and a positive electrode electrically connected to the negative electrode,
An activated sludge tank provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank, comprising an oxygen supply unit for supplying oxygen to the water to be treated,
Provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank, a first organic matter concentration measuring unit for measuring the concentration of the organic matter in the treated water flowing into the activated sludge tank,
A control unit for controlling the oxygen supply unit,
Equipped with
The control unit performs control to adjust the amount of oxygen supplied from the oxygen supply unit to the water to be treated according to the concentration of the organic substance measured by the first organic substance concentration measurement unit, liquid treatment system.
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度と、前記第二の有機物濃度測定部及び前記第三の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された前記有機物の濃度とに応じて、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う、請求項1に記載の液体処理システム。 A second organic matter concentration measuring unit, which is provided on the upstream side of the microbial fuel cell tank and measures the concentration of the organic matter in the treated water flowing into the microbial fuel cell tank, and is provided on the downstream side of the activated sludge tank. And further comprising a third organic matter concentration measuring unit for measuring the concentration of the organic matter in the treated water flowing out from the activated sludge tank,
The control unit, the concentration of the organic matter measured by the first organic matter concentration measurement unit, the organic matter measured by at least one of the second organic matter concentration measurement unit and the third organic matter concentration measurement unit The liquid treatment system according to claim 1, wherein control is performed to adjust the amount of oxygen supplied from the oxygen supply unit to the water to be treated according to the concentration.
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記流量調整部により前記活性汚泥槽に流入する前記被処理水の流量を調整する制御を行う、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液体処理システム。 An upstream side of the microbial fuel cell tank, and at least one between the microbial fuel cell tank and the activated sludge tank, further comprising a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the water to be treated,
The control unit performs control to adjust the flow rate of the treated water flowing into the activated sludge tank by the flow rate adjusting unit according to the concentration of the organic matter measured by the first organic matter concentration measuring unit, The liquid processing system according to claim 1.
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記活性汚泥槽に流入する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、
前記微生物燃料電池槽の上流側、及び前記微生物燃料電池槽と前記活性汚泥槽との間の少なくとも一方に設けられ、前記被処理水の流量を調整する流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記流量調整部により前記活性汚泥槽に流入する前記被処理水の流量を調整する制御を行う、液体処理システム。 A microbial fuel cell tank, which holds an anaerobic microorganism, and comprises a negative electrode that comes into contact with water to be treated containing an organic matter, and a positive electrode electrically connected to the negative electrode,
An activated sludge tank provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank, comprising an oxygen supply unit for supplying oxygen to the water to be treated,
Provided on the downstream side of the microbial fuel cell tank, a first organic matter concentration measuring unit for measuring the concentration of the organic matter in the treated water flowing into the activated sludge tank,
An upstream side of the microbial fuel cell tank, and a flow rate adjusting unit provided in at least one of the microbial fuel cell tank and the activated sludge tank, for adjusting the flow rate of the treated water,
A control unit for controlling the flow rate adjusting unit,
Equipped with
The control unit performs control to adjust the flow rate of the treated water flowing into the activated sludge tank by the flow rate adjusting unit according to the concentration of the organic matter measured by the first organic matter concentration measuring unit, Liquid handling system.
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