JP2020174665A - Animal rearing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微生物燃料電池を用いた動物飼育システムに関する。 The present invention relates to an animal breeding system using a microbial fuel cell.
近年、微生物燃料電池の開発が進められている。微生物燃料電池とは、発電菌と呼ばれる微生物により有機物を分解する際に生じる電子を回収し、電気エネルギーとして利用する発電方法である。（非特許文献１）。微生物燃料電池は、例えば、生活廃水などの中の有機物の分解処理と発電を並行して行えるため、消費エネルギーを低減できる水処理方法としても期待されている（非特許文献２）。また、特許文献１では、微生物燃料電池を用いた底質改善技術が開示されている。 In recent years, the development of microbial fuel cells has been promoted. A microbial fuel cell is a power generation method in which electrons generated when organic matter is decomposed by microorganisms called power generation bacteria are collected and used as electric energy. (Non-Patent Document 1). Microbial fuel cells are also expected as a water treatment method that can reduce energy consumption because, for example, decomposition treatment of organic substances in domestic wastewater and power generation can be performed in parallel (Non-Patent Document 2). Further, Patent Document 1 discloses a bottom sediment improvement technique using a microbial fuel cell.
上述したように、微生物燃料電池は、低い消費エネルギーや環境負荷で水質及び底質を浄化することができる。一方で、養殖や観賞用をはじめとする水生動物の飼育においては、飼料や排泄物による飼育水域や水槽内における飼育環境の悪化や、排水等による周辺の環境へ悪影響を防止するために、底質や水質の浄化処理を行う必要がある。底質については、飼育を行う海域や水槽内に堆積物が発生するため、回収や焼却などの処理に多大な労力がかかっている。また、水質については、排水を好気性生物処理や循環ろ過等により浄化し、再利用や排出しているが、消費エネルギーが大きい問題がある。また、水生動物の飼育においては、藻類やバイオフィルムによる設備の汚れの抑制も課題となっていた。本発明の目的は、微生物燃料電池を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することである。 As described above, the microbial fuel cell can purify water quality and sediment with low energy consumption and environmental load. On the other hand, in the breeding of aquatic animals such as aquaculture and ornamental animals, in order to prevent deterioration of the breeding environment in the breeding water area and aquarium due to feed and excrement, and adverse effects on the surrounding environment due to drainage etc. It is necessary to purify the quality and water quality. As for the sediment, sediments are generated in the sea area where the animals are bred and in the aquarium, so it takes a lot of labor to collect and incinerate them. Regarding water quality, wastewater is purified by aerobic biological treatment, circulation filtration, etc., and reused or discharged, but there is a problem that energy consumption is large. In addition, in the breeding of aquatic animals, it has been an issue to control the contamination of equipment by algae and biofilms. An object of the present invention is to provide an animal breeding system capable of purifying bottom sediment and water quality at low cost and energy saving by using a microbial fuel cell and improving dirt on equipment.
本発明の一態様にかかる動物飼育システムは、動物を飼育する飼育領域と、飼育領域に配置された微生物燃料電池とを備える。 The animal breeding system according to one aspect of the present invention includes a breeding area for breeding animals and a microbial fuel cell arranged in the breeding area.
本発明により、微生物燃料電池を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an animal breeding system capable of purifying bottom sediment and water quality at low cost and energy saving by using a microbial fuel cell and improving dirt on equipment.
＜微生物燃料電池の説明＞
まず、本発明で用いられる微生物燃料電池について、図１に示す模式図を用いて説明する。図１に示すように、微生物燃料電池１０は、カソード（正極）１１およびアノード（負極）１２を備える。カソード１１は、イオン伝導性を有する媒体を介してアノード１２と接しており、酸化剤と触れることができる位置に配置されている。酸化剤としては、大気中に存在する酸素を用いることが好ましい。アノード１２は、一部または全部が飼育領域１５の内部に設置されており、イオン伝導性を有する媒体を介してカソード１１と接している。カソード１１とアノード１２とは、抵抗を経由して電気的に接続されている。ここで、抵抗とは、電気回路における電気抵抗を示す。
<Explanation of microbial fuel cell>
First, the microbial fuel cell used in the present invention will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG. As shown in FIG. 1, the microbial fuel cell 10 includes a cathode (positive electrode) 11 and an anode (negative electrode) 12. The cathode 11 is in contact with the anode 12 via a medium having ionic conductivity, and is arranged at a position where it can come into contact with the oxidizing agent. As the oxidizing agent, it is preferable to use oxygen existing in the atmosphere. The anode 12 is partially or wholly installed inside the breeding area 15 and is in contact with the cathode 11 via a medium having ionic conductivity. The cathode 11 and the anode 12 are electrically connected via a resistor. Here, the resistance indicates an electric resistance in an electric circuit.
ここで、飼育領域１５とは、動物を飼育できる場所である。飼育領域１５としては、淡水、海水、汽水、底質、土壌等が含まれ、海や川、池などの開放された領域や、その一部をフェンスや網等で区画した領域、または、水槽、檻等の閉鎖された領域であってもよい。すなわち、本実施の形態にかかる発明において飼育領域１５とは、動物を飼育することができる場所であればどのようなものであってもよい。飼育領域１５がイオン伝導性を有する場合は、カソード１１及びアノード１２の少なくとも一部が飼育領域１５の内部もしくは表面と接していればよい。また、イオン伝導性を有する媒体である電解質１３を用いる場合、カソード１１及び／またはアノード１２は、電解質１３を介して飼育領域１５と接していてもよい。 Here, the breeding area 15 is a place where animals can be bred. The breeding area 15 includes fresh water, seawater, brackish water, sediment, soil, etc., and is an open area such as the sea, river, pond, etc., a part of which is partitioned by a fence, a net, or the like, or an aquarium. , Cages and the like may be closed areas. That is, in the invention according to the present embodiment, the breeding area 15 may be any place where animals can be bred. When the breeding region 15 has ionic conductivity, at least a part of the cathode 11 and the anode 12 may be in contact with the inside or the surface of the breeding region 15. Further, when the electrolyte 13 which is a medium having ionic conductivity is used, the cathode 11 and / or the anode 12 may be in contact with the breeding region 15 via the electrolyte 13.
カソード１１は、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、カソード１１は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料、高分子材料）に、導電性カーボンや酸素還元触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル、または不織布状等の多孔性の材料が好ましい。反応促進の観点から、カソード１１は酸素還元触媒を含むことが好ましい。酸素還元触媒としては、耐久性及びコストの観点から、炭素触媒が好ましい。炭素触媒は、炭素を主成分とする触媒を意味し、従来から公知の炭素触媒を使用することができる。一実施形態において、炭素触媒は、金属元素及び／又は非金属元素がドープされている炭素系材料であってよい。そのような炭素系材料は、例えば、炭素粒子と、金属元素含有化合物等のその他の成分との混合物を加熱処理することによって得られる。 The cathode 11 can be constructed using a carbon material such as carbon felt. Further, as the cathode 11, a base material (carbon material such as carbon felt, metal material such as stainless steel, polymer material) coated with conductive carbon or an oxygen reduction catalyst may be used. The base material used at this time is preferably a porous material such as a mesh, a punching metal, or a non-woven fabric. From the viewpoint of promoting the reaction, the cathode 11 preferably contains an oxygen reduction catalyst. As the oxygen reduction catalyst, a carbon catalyst is preferable from the viewpoint of durability and cost. The carbon catalyst means a catalyst containing carbon as a main component, and a conventionally known carbon catalyst can be used. In one embodiment, the carbon catalyst may be a carbon-based material doped with metallic and / or non-metallic elements. Such a carbon-based material can be obtained, for example, by heat-treating a mixture of carbon particles and other components such as a metal element-containing compound.
また、アノード１２も同様に、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、アノード１２は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料、高分子材料）に、導電性カーボンや有機物酸化触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル、または不織布状等の多孔性の材料が好ましい。微生物との親和性の観点から、アノード１２は、導電性カーボンと樹脂とを含む組成物を基材に塗工したものが好ましい。 Similarly, the anode 12 can also be configured by using a carbon material such as carbon felt. Further, as the anode 12, a base material (carbon material such as carbon felt, metal material such as stainless steel, polymer material) coated with conductive carbon or an organic oxidation catalyst may be used. The base material used at this time is preferably a porous material such as a mesh, a punching metal, or a non-woven fabric. From the viewpoint of affinity with microorganisms, the anode 12 is preferably coated with a composition containing conductive carbon and a resin on a base material.
飼育領域１５において飼育される動物は、飼育領域１５の内部または表面において活動している。動物としては、魚類や甲殻類、頭足類、両生類等の水生動物や、哺乳類、鳥類、爬虫類、昆虫類等の陸上動物等が挙げられる。 Animals reared in breeding area 15 are active inside or on the surface of breeding area 15. Examples of animals include aquatic animals such as fish, crustaceans, cephalopods and amphibians, and terrestrial animals such as mammals, birds, reptiles and insects.
飼育領域１５には微生物と有機物とが含まれている。微生物は、アノード１２の表面に定着している。ここで、発電に関与する微生物は発電菌と呼ばれる主に嫌気性の微生物であり、例えばＳｈｅｗａｎｅｌｌａ菌、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ菌などを用いることができる。なお、本実施の形態にかかる発明では、有機物を分解して電力を発生することができる微生物であれば、これ以外の微生物を用いてもよい。 The breeding area 15 contains microorganisms and organic matter. Microorganisms are colonized on the surface of the anode 12. Here, the microorganisms involved in power generation are mainly anaerobic microorganisms called power generation bacteria, and for example, Shewanella bacteria, Geobacter bacteria and the like can be used. In the invention according to the present embodiment, other microorganisms may be used as long as they are microorganisms capable of decomposing organic substances to generate electric power.
また、有機物とは、一般的に有機化合物と呼ばれるものを示すが、例えば、水、底質または土壌中の有機物、飼料やそれらの分解物などが挙げられる。水、底質または土壌中の有機物としては、植物、動物、微生物などの生物、動植物などの生物遺体、動物の排泄物などからなる有機物（炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質など）や、腐食物質（腐食酸、フルボ酸、ヒューミンなど）、非腐食物質からなる非生物の有機物や、植物の光合成により生成されるグルコースなどが挙げられ、微生物の代謝等により生成される乳酸や酢酸などの有機酸、アルコールなども挙げられる。また、飼料としては、植物性飼料（トウモロコシ、オオムギ等の穀類、大豆、落花生等の油粕類、玄米、大麦等のぬか類、でんぷん粕、ビール粕等の製造粕類など）や、動物性飼料（魚粉・肉骨粉など）、複数の種類の飼料を混合してなる配合飼料などが挙げられ、炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質などを含んでいる。なお、例えば、飼育領域１５に存在する微生物の数が少ない場合は、予め微生物をアノード１２に植種等してもよい。 In addition, the organic matter generally refers to what is called an organic compound, and examples thereof include organic matter in water, sediment or soil, feed and decomposition products thereof. Organic matter in water, sediment or soil includes organic matter (carbohydrates, proteins, amino acids, lignins, sugars, lipids, etc.) consisting of organisms such as plants, animals and microorganisms, biological remains such as animals and plants, and animal excreta. , Corrosive substances (corrosive acid, fluboic acid, fumin, etc.), non-living organic substances consisting of non-corrosive substances, glucose produced by photosynthesis of plants, lactic acid and acetic acid produced by microbial metabolism, etc. Organic acids and alcohols can also be mentioned. In addition, as feeds, vegetable feeds (grains such as corn and barley, oil lees such as soybeans and peanuts, pomace such as brown rice and barley, and production lees such as starch lees and beer lees) and animal feeds. Examples include mixed feeds (fish meal, meat bone meal, etc.) and mixed feeds of multiple types of feeds, which contain carbohydrates, proteins, amino acids, lignins, sugars, lipids and the like. For example, when the number of microorganisms existing in the breeding area 15 is small, the microorganisms may be planted in the anode 12 in advance.
微生物燃料電池１０の反応について、飼育領域１５が酸性状態の場合の例を示す。図１に示すように、アノード１２では、微生物の代謝によって有機物が分解される。このとき、下記の式１に示す反応が生じる。 An example of the reaction of the microbial fuel cell 10 when the breeding area 15 is in an acidic state is shown. As shown in FIG. 1, at the anode 12, organic matter is decomposed by the metabolism of microorganisms. At this time, the reaction represented by the following formula 1 occurs.
有機物＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− ・・・式１ Organics + 2H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e - ··· Formula 1
式１の反応で発生した電子（ｅ−）はアノード１２に取り込まれ抵抗を経由してカソード１１側へと移動する。また、式１の反応で発生したプロトン（Ｈ＋）は、飼育領域１５中を通過して、カソード１１側へと移動する。 The electrons (e − ) generated in the reaction of the formula 1 are taken into the anode 12 and move to the cathode 11 side via the resistor. Further, the proton (H + ) generated in the reaction of the formula 1 passes through the breeding region 15 and moves to the cathode 11 side.
また、カソード１１では、アノード１２側から移動してきた電子とプロトン、及びカソード１１付近の酸素が下記の式２に示す反応をする。 Further, at the cathode 11, electrons and protons that have moved from the anode 12 side and oxygen near the cathode 11 carry out the reaction shown in the following formula 2.
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ ・・・式２ O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O ··· type 2
そして、上記の式１および式２に示す反応が繰り返されることで、カソード１１とアノード１２との間に起電力が発生する。このような動作により、電子が抵抗を流れると、オームの法則に従って両端に電圧が発生し、電気エネルギーが消費される。すなわち、微生物燃料電池では、抵抗において電気エネルギーを回収することができる。したがって、抵抗としては、電力を消費または蓄積するデバイスなどが用いられる。電力は熱、光、運動エネルギーなどに変換されることで消費されるので、電力を消費するデバイスとしては、抵抗器、ヒーター、照明、モーター、ポンプ等が挙げられる。また、電力を蓄積するデバイスとしては、二次電池、キャパシタ、コンデンサ等が挙げられる。 Then, by repeating the reactions shown in the above formulas 1 and 2, an electromotive force is generated between the cathode 11 and the anode 12. By such an operation, when an electron flows through a resistor, a voltage is generated at both ends according to Ohm's law, and electrical energy is consumed. That is, in a microbial fuel cell, electric energy can be recovered by resistance. Therefore, as the resistor, a device that consumes or stores electric power or the like is used. Since electric power is consumed by being converted into heat, light, kinetic energy, etc., devices that consume electric power include resistors, heaters, lights, motors, pumps, and the like. Examples of devices that store electric power include secondary batteries, capacitors, and capacitors.
＜カソード１１およびアノード１２の配置例＞
次に、カソード１１およびアノード１２の配置例について説明する。図２は、微生物燃料電池１０のカソード１１およびアノード１２の配置例を説明するための断面図であり、海や湖沼などの連続した飼育領域（つまり、区切りがない場合）にカソード１１およびアノード１２を配置する例を示している。一例として、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を挙げている。ここで、底質とは、水底を構成する堆積物を指す。底質は、天然においては主に砂泥、岩石、生物の遺骸、不溶性塩等からなる。底質としては、水槽等の人工的な飼育環境において一般に用いられるソイルやセラミック等の土壌焼成物も使用できる。
<Example of arrangement of cathode 11 and anode 12>
Next, an example of arranging the cathode 11 and the anode 12 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an arrangement example of the cathode 11 and the anode 12 of the microbial fuel cell 10, and shows the cathode 11 and the anode 12 in a continuous breeding area (that is, when there is no division) such as the sea or a lake. Is shown as an example of arranging. As an example, the case where the breeding area 15_1 is water and the breeding area 15_2 is sediment is mentioned. Here, the sediment refers to the sediment that constitutes the bottom of the water. In nature, the sediment is mainly composed of sand mud, rocks, biological remains, insoluble salts, etc. As the sediment, soil fired products such as soil and ceramic, which are generally used in artificial breeding environments such as aquariums, can also be used.
上述したように、カソード１１では上記式２に示した反応を生じさせる必要があるので、カソード１１はイオン伝導性を有する媒体を介してアノード１２と接し、なおかつ空気（酸素）と触れる位置に配置する必要がある。飼育領域１５が水を含む場合、イオン伝導性を有するため、図２に示すカソード１１_１のように飼育領域１５の表面（水面）に配置することが好ましい。また、バブリングや植物の光合成、周辺からの拡散などによって酸素が供給される場合、カソード１１_２のように飼育領域１５の内部に配置してもよい。なお、図２に示すカソード１１_１、１１_２の配置は一例であり、カソード１１を配置する位置は、酸素と触れる位置であればどのような場所であってもよい。 As described above, since it is necessary for the cathode 11 to cause the reaction shown in the above formula 2, the cathode 11 is arranged at a position where it is in contact with the anode 12 via a medium having ionic conductivity and is in contact with air (oxygen). There is a need to. When the breeding region 15 contains water, it has ionic conductivity, so that it is preferably arranged on the surface (water surface) of the breeding region 15 as shown in FIG. 2 cathode 11_1. Further, when oxygen is supplied by bubbling, photosynthesis of plants, diffusion from the surroundings, etc., it may be arranged inside the breeding region 15 like the cathode 11_2. The arrangement of the cathodes 11_1 and 11_2 shown in FIG. 2 is an example, and the position where the cathode 11 is arranged may be any position as long as it comes into contact with oxygen.
また、上述したように、アノード１２では、上記式１に示した反応を生じさせる必要があるので、微生物および有機物と接触するようにアノード１２を配置する必要がある。また、微生物は嫌気性であるので、アノード１２は嫌気性となる場所に配置する必要がある。したがって、図２に示すアノード１２_１〜１２_３のように飼育領域１５の内部の、水や底質、土壌中に埋設することが好ましい。例えば、アノード１２_１のように水中にアノード１２を配置してもよく、アノード１２_２のように底質と水の境界部分にアノード１２を配置してもよく、アノード１２_３のように底質の内部にアノード１２を配置してもよい。なお、図２に示すアノード１２_１〜１２_３の配置は一例であり、アノード１２を配置する位置は、微生物および有機物と接触する位置であればどのような場所であってもよい。 Further, as described above, since it is necessary for the anode 12 to cause the reaction shown in the above formula 1, it is necessary to arrange the anode 12 so as to come into contact with microorganisms and organic substances. Moreover, since the microorganism is anaerobic, the anode 12 needs to be placed in a place where it becomes anaerobic. Therefore, it is preferable to bury it in water, sediment, or soil inside the breeding area 15 as in the anodes 12_1 to 12_3 shown in FIG. For example, the anode 12 may be placed in water as in the anode 12_1, the anode 12 may be placed at the boundary between the bottom sediment and water as in the anode 12_2, or inside the bottom sediment as in the anode 12_3. The anode 12 may be arranged. The arrangement of the anodes 12_1 to 12_3 shown in FIG. 2 is an example, and the position where the anode 12 is arranged may be any position as long as it comes into contact with microorganisms and organic substances.
なお、図２では複数のカソード１１_１〜１１_２、及び複数のアノード１２_１〜１２_３の配置例を示しているが、本実施の形態において微生物燃料電池を配置する際は、カソード１１とアノード１２とが対になるように配置することができる。例えば、カソード１１_１とアノード１２_１とを用いて１つの微生物燃料電池１０を構成することができる。また、本実施の形態では、複数の微生物燃料電池（すなわち、２対以上のカソード１１とアノード１２の組み合わせ）を飼育領域１５に配置してもよい。また、カソード１１とアノード１２の個数が対にならないように配置してもよい。例えば、カソード１１が１つに対してアノード１２が複数個となるように配置してもよい。また、カソード１１及び／またはアノード１２が、電解質１３を介して飼育領域１５と接していてもよい。 Although FIG. 2 shows an arrangement example of a plurality of cathodes 11_1 to 11_2 and a plurality of anodes 12_1 to 12_3, when the microbial fuel cell is arranged in the present embodiment, the cathode 11 and the anode 12 are paired. It can be arranged so as to be. For example, one microbial fuel cell 10 can be constructed by using the cathode 11_1 and the anode 12_1. Further, in the present embodiment, a plurality of microbial fuel cells (that is, a combination of two or more pairs of cathodes 11 and anodes 12) may be arranged in the breeding region 15. Further, the number of cathodes 11 and anodes 12 may be arranged so as not to be paired. For example, one cathode 11 may be arranged with a plurality of anodes 12. Further, the cathode 11 and / or the anode 12 may be in contact with the breeding region 15 via the electrolyte 13.
また、図２に示すように、本実施の形態では、カソード１１、アノード１２、及び電解質１３が一体となった微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２を飼育領域１５中に配置してもよい。この場合は、カソード１１が空気取り入れ孔１４を通して空気と触れるようにすることができる。例えば、微生物燃料電池セル１０_１のように、空気取り入れ孔１４は、大気とカソード１１とを空間的に繋ぐホースを用いて構成してもよい。また、微生物燃料電池セル１０＿２のように、空気取り入れ孔１４をカソード１１の内側に空洞を設けて構成してもよく、カソード１１の外側に電解質１３を設けてもよく、さらに外側にアノード１２を設けた形状に構成してもよい。また、電解質１３は、イオンを伝導することができる材料を用いて構成することができる。 Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the microbial fuel cell 10_1 and 10_2 in which the cathode 11, the anode 12, and the electrolyte 13 are integrated may be arranged in the breeding area 15. In this case, the cathode 11 can be brought into contact with air through the air intake hole 14. For example, like the microbial fuel cell 10_1, the air intake hole 14 may be configured by using a hose that spatially connects the atmosphere and the cathode 11. Further, the air intake hole 14 may be provided with a cavity inside the cathode 11 as in the microbial fuel cell 10_2, the electrolyte 13 may be provided outside the cathode 11, and the anode 12 may be further provided outside. It may be configured in the provided shape. Further, the electrolyte 13 can be constructed by using a material capable of conducting ions.
図３は、微生物燃料電池１０のカソード１１およびアノード１２の配置例を説明するための断面図であり、水槽やプールのように飼育領域が仕切られている場合におけるカソード１１およびアノード１２の配置例を示している。一例として、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を挙げている。なお、図３に示す場合においても、アノード１２の配置は図２に示したアノード１２_１〜１２_３の配置と同様であるので、図３ではアノード１２の図示を省略している。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an arrangement example of the cathode 11 and the anode 12 of the microbial fuel cell 10, and is an example of arrangement of the cathode 11 and the anode 12 when the breeding area is partitioned such as a water tank or a pool. Is shown. As an example, the case where the breeding area 15_1 is water and the breeding area 15_2 is sediment is mentioned. Even in the case shown in FIG. 3, the arrangement of the anode 12 is the same as the arrangement of the anodes 12_1 to 12_3 shown in FIG. 2, so that the anode 12 is not shown in FIG.
図３に示す場合は容器１６に飼育領域１５が収容されている。 In the case shown in FIG. 3, the breeding area 15 is housed in the container 16.
図３に示す場合においても、図２に示したカソード１１_１と同様に、飼育領域１５の表面（水面）に配置することが好ましい。また、バブリングや植物の光合成、周辺からの拡散などによって酸素が十分に供給される場合は、カソード１１_２のように飼育領域１５の内部に配置してもよい。 Also in the case shown in FIG. 3, it is preferable to arrange the cathode 11_1 on the surface (water surface) of the breeding region 15 as in the case of the cathode 11_1 shown in FIG. Further, when oxygen is sufficiently supplied by bubbling, photosynthesis of plants, diffusion from the surroundings, etc., it may be arranged inside the breeding region 15 like the cathode 11_2.
また、例えば、カソード１１_３のように、容器１６の側部にカソード１１_３を配置してもよい。この場合はカソード１１_３の上端が空気と触れるように配置することが好ましい。また、カソード１１_４のように、容器１６の側部に形成された穴にカソード１１_４を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_４の一方の面が空気と他方の面が飼育領域１５とそれぞれ触れるようにすることができる。 Further, for example, the cathode 11_3 may be arranged on the side portion of the container 16, such as the cathode 11_3. In this case, it is preferable to arrange so that the upper end of the cathode 11_3 comes into contact with air. Further, the cathode 11_4 may be arranged in a hole formed in the side portion of the container 16 as in the cathode 11_4. By arranging in this way, one surface of the cathode 11_4 can come into contact with the air and the other surface can come into contact with the breeding area 15.
また、カソード１１_５のように、容器１６の底面にカソード１１_５を配置してもよい。この場合は容器１６の底面に穴を開けてカソード１１_５の一方の面が空気と触れるようにする。また、カソード１１_６のように、容器１６の底部に形成された穴にカソード１１_６を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_６の一方の面が空気と他方の面が飼育領域１５と触れるようにすることができる。 Further, the cathode 11_5 may be arranged on the bottom surface of the container 16 as in the cathode 11_5. In this case, a hole is made in the bottom surface of the container 16 so that one surface of the cathode 11_5 comes into contact with air. Further, the cathode 11_6 may be arranged in a hole formed in the bottom of the container 16 as in the cathode 11_6. By arranging in this way, one surface of the cathode 11_6 can come into contact with the air and the other surface can come into contact with the breeding area 15.
また、図３に示すように、微生物燃料電池セル１０_３を容器１６の底部や側部に配置してもよい。この場合は、容器１６に形成された穴を通じて微生物燃料電池セル１０_３のカソード１１が空気と触れるようにする必要がある。また、図３に示す場合においても、図２に示した微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２と同様に、微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２を飼育領域１５中に配置してもよい。この場合は、カソード１１が空気取り入れ孔１４を通して空気と触れるようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 3, the microbial fuel cell 10_3 may be arranged at the bottom or side of the container 16. In this case, it is necessary to bring the cathode 11 of the microbial fuel cell 10_3 into contact with air through the hole formed in the container 16. Further, also in the case shown in FIG. 3, the microbial fuel cell cells 10_1 and 10_2 may be arranged in the breeding area 15 in the same manner as the microbial fuel cell cells 10_1 and 10_2 shown in FIG. In this case, the cathode 11 may come into contact with air through the air intake hole 14.
容器１６の側部や底面にカソード１１や微生物燃料電池セルを配置する場合には、水分が飼育領域１５の外に漏出することがある。カソード１１に撥水処理や防水処理等の処理を施して水漏れを防止することは好ましい。 When the cathode 11 or the microbial fuel cell is arranged on the side or bottom of the container 16, water may leak out of the breeding area 15. It is preferable to apply a treatment such as water repellent treatment or waterproof treatment to the cathode 11 to prevent water leakage.
なお、図２、図３に示したカソード１１およびアノード１２の配置は一例であり、本実施の形態では、図２、図３に示した位置以外にカソード１１およびアノード１２を配置してもよい。 The arrangement of the cathode 11 and the anode 12 shown in FIGS. 2 and 3 is an example, and in the present embodiment, the cathode 11 and the anode 12 may be arranged in addition to the positions shown in FIGS. 2 and 3. ..
＜実施の形態１＞
次に、本発明の実施の形態１について説明する。図４は、実施の形態１にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。図４に示すように、動物飼育システム１は、カソード１１とアノード１２とからなる微生物燃料電池１０及び飼育領域１５を備える。ここでは、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を例示している。
<Embodiment 1>
Next, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the animal breeding system according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the animal breeding system 1 includes a microbial fuel cell 10 including a cathode 11 and an anode 12, and a breeding region 15. Here, the case where the breeding area 15_1 is water and the breeding area 15_2 is sediment is illustrated.
微生物燃料電池１０は、飼育領域１５に配置されている。飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。アノード１２の嫌気性を保つため、アノード１２は底質内部に配置することが好ましく、底質表面からの距離が１０ｃｍ以上の位置に配置することはさらに好ましい。 The microbial fuel cell 10 is arranged in the breeding area 15. Animals are bred in the breeding area 15. The arrangement of the cathode 11 and the anode 12 included in the microbial fuel cell 10 can be arranged in the same manner as in the cases shown in FIGS. 2 and 3. In order to maintain the anaerobic condition of the anode 12, the anode 12 is preferably arranged inside the sediment, and more preferably at a position where the distance from the surface of the sediment is 10 cm or more.
飼育領域１５には、動物の育成のために飼料が投入される。飼料の大部分は動物に摂取されるが、飼料の一部や動物の排泄物などが水中および底質中に残存し、水質を悪化させる原因となる。前述のように、これらの有機物の処理には多大なエネルギーが必要であった。また、特に海面養殖などを行う場合に、底質の汚染が周辺の環境を破壊することが問題となっていたが、従来行われてきた浚渫などの対策では、消費エネルギーや環境負荷が非常に高かった。本実施の形態によれば、微生物燃料電池１０のアノード１２において有機物が分解され、抵抗において電力を回収できるため、省エネルギーで飼育領域１５の環境を良好に保つことができる。 Feed is fed into the breeding area 15 for raising animals. Most of the feed is ingested by animals, but part of the feed and animal excrement remain in the water and sediment, causing deterioration of water quality. As mentioned above, the treatment of these organic substances required a great deal of energy. In addition, especially when performing sea surface aquaculture, pollution of the bottom sediment has been a problem of destroying the surrounding environment, but conventional measures such as dredging consume a great deal of energy and environmental load. it was high. According to the present embodiment, the organic matter is decomposed at the anode 12 of the microbial fuel cell 10 and the electric power can be recovered by the resistance, so that the environment of the breeding region 15 can be kept good with energy saving.
また、本実施の形態によれば、飼育される動物の収穫量が増大する。その原因は未だ明らかとなっていないが、微生物燃料電池１０が存在することで、生態系に何らかの影響を与え、動物の健康状態が改善された可能性がある。具体的には、アノード１２とカソード１１の間に発生する電圧や、アノード１２付近での微生物群集構造、局所的な水素イオン濃度の変化等の影響が挙げられる。また、底質に接する位置にアノード１２を設置すると、底質上に産み付けられた卵や、底質内の微生物群集に対してより高い効果が得られるため、好ましい。 In addition, according to the present embodiment, the yield of the bred animal is increased. The cause has not been clarified yet, but the existence of the microbial fuel cell 10 may have some influence on the ecosystem and improve the health condition of the animal. Specifically, the influence of the voltage generated between the anode 12 and the cathode 11, the microbial community structure in the vicinity of the anode 12, the local change in the hydrogen ion concentration, and the like can be mentioned. Further, it is preferable to install the anode 12 at a position in contact with the sediment because a higher effect can be obtained on the eggs laid on the sediment and the microbial community in the sediment.
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。 According to the invention according to the present embodiment described above, the animal breeding system capable of purifying the bottom sediment and water quality at low cost and energy saving by using the microbial fuel cell 10 and improving the health condition of the animal, the yield amount, and the dirt on the equipment. Can be provided.
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態１にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。図５に示すように、動物飼育システム２は、カソード１１とアノード１２とからなる微生物燃料電池１０、容器１６及び飼育領域１５を備える。ここでは、飼育領域１５が水である場合を例示している。
<Embodiment 2>
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the animal breeding system according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the animal breeding system 2 includes a microbial fuel cell 10 including a cathode 11 and an anode 12, a container 16 and a breeding area 15. Here, the case where the breeding area 15 is water is illustrated.
微生物燃料電池１０及び飼育領域１５は容器１６の内部に配置されており、飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。本実施の形態２においては、飼育領域１５の体積が容器１６の内部に限定されているため、水中の有機物濃度が増大しやすく、発電量や浄化量、動物へ与える影響が大きくなる。 The microbial fuel cell 10 and the breeding area 15 are arranged inside the container 16, and animals are bred in the breeding area 15. The arrangement of the cathode 11 and the anode 12 included in the microbial fuel cell 10 can be arranged in the same manner as in the cases shown in FIGS. 2 and 3. In the second embodiment, since the volume of the breeding area 15 is limited to the inside of the container 16, the concentration of organic matter in the water tends to increase, and the amount of power generation, the amount of purification, and the influence on the animal become large.
本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。また、実施の形態１と同様、飼育領域１５として底質および底質に接するアノード１２を設置すると、より高い効果が得られる。 In the second embodiment as well, as in the first embodiment, the microbial fuel cell 10 can be used to purify the bottom sediment and water quality at low cost and energy saving, and improve the health condition of animals, the yield amount, and the contamination of equipment. An animal breeding system can be provided. Further, as in the first embodiment, if the bottom sediment and the anode 12 in contact with the bottom sediment are provided as the breeding area 15, a higher effect can be obtained.
また、本実施の形態２によれば、藻類の発生が抑制されることが明らかとなった。従来、プールや水槽等において飼育を行う場合、壁面や壁面等の設備表面や水中に藻類が発生するため、悪臭や視認性の悪化、流路の狭窄等が問題となる。このような藻類としては、珪藻、藍藻、緑藻、紅藻等が挙げられ、通称としてコケと呼ばれることもある。藻類は、清掃や、魚やエビ等の動物による摂食により除去され得るが、設備の表面にスポット状に発生する緑色の藻類（斑点状藻）は固着性が高いため、摂食が困難であり、清掃にも多大な労力を要する。しかし、本実施の形態によれば、藻類の発生を抑制でき、特に斑点状藻に有効であるため、清掃性が大きく改善される。その理由は明らかではないが、微生物燃料電池１０が存在することで、生態系に何らかの影響を与えた可能性がある。具体的には、微生物の数や代謝が増大することにより藻類の生育に必要な栄養素の濃度が低下する効果が挙げられる。また、アノード１２とカソード１１の間に発生する電圧や、アノード１２付近での微生物群集構造、水素イオン等の物質濃度の変化等の影響が挙げられる。 Further, according to the second embodiment, it was clarified that the growth of algae is suppressed. Conventionally, when breeding in a pool or a water tank, algae are generated on the surface of equipment such as a wall surface or a water surface or in water, so that there are problems such as foul odor, deterioration of visibility, and narrowing of a flow path. Examples of such algae include diatoms, blue-green algae, green algae, red algae, etc., and are sometimes called moss. Algae can be removed by cleaning or feeding by animals such as fish and shrimp, but green algae (spotted algae) that occur in spots on the surface of the equipment are highly sticky and difficult to feed. , It takes a lot of labor to clean. However, according to the present embodiment, the growth of algae can be suppressed, and since it is particularly effective for spotted algae, the cleanability is greatly improved. The reason is not clear, but the existence of the microbial fuel cell 10 may have had some effect on the ecosystem. Specifically, there is an effect that the concentration of nutrients necessary for the growth of algae is lowered by increasing the number and metabolism of microorganisms. Further, the influence of the voltage generated between the anode 12 and the cathode 11, the microbial community structure in the vicinity of the anode 12, the change in the concentration of substances such as hydrogen ions, and the like can be mentioned.
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図６に示すように、動物飼育システム３は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、及び電力使用部１７を備える。電力使用部１７は、微生物燃料電池１０から得られる電気エネルギーを使用する機器である。
<Embodiment 3>
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing an animal breeding system according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, the animal breeding system 3 includes a microbial fuel cell 10, a breeding area 15, and a power consumption unit 17. The electric power use unit 17 is a device that uses the electric energy obtained from the microbial fuel cell 10.
飼育領域１５においては、エアーポンプや循環ポンプ、照明、温度調節器、自動給餌器などの設備を使用することが一般的であるが、これら設備の駆動にはエネルギーが必要である。電力使用部１７として上述の飼育設備を用いると、微生物燃料電池１０から供給される電力を用いて、動物の飼育にかかるエネルギーを低減することができ、好ましい。この場合、安定的に設備を稼働させ、かつ、微生物燃料電池１０に対する電力負荷を一定とするために、蓄電デバイスを通じて電力を供給することができる。 In the breeding area 15, it is common to use equipment such as an air pump, a circulation pump, lighting, a temperature controller, and an automatic feeder, but energy is required to drive these equipment. It is preferable to use the above-mentioned breeding equipment as the power-using unit 17 because the energy required for breeding animals can be reduced by using the power supplied from the microbial fuel cell 10. In this case, electric power can be supplied through the power storage device in order to operate the equipment stably and to keep the electric power load on the microbial fuel cell 10 constant.
また、電力使用部１７としては、表示器を用いてもよい。例えば、表示器として、昇圧回路と組み合わせたＬＥＤを用いることで、微生物燃料電池１０が所定の値以上の電圧を示した場合にＬＥＤを発光させることができる。このようにして、微生物燃料電池１０の発電状態を視覚的に表示することができる。また、電力使用部１７において、電力負荷を変更させることで、微生物燃料電池１０の電圧や電流、発電量を制御することができる。これにより、浄化や動物へ与える影響を制御することもできる。 Further, a display may be used as the power consumption unit 17. For example, by using an LED combined with a booster circuit as a display, the LED can be made to emit light when the microbial fuel cell 10 shows a voltage equal to or higher than a predetermined value. In this way, the power generation state of the microbial fuel cell 10 can be visually displayed. Further, the electric power using unit 17 can control the voltage, current, and power generation amount of the microbial fuel cell 10 by changing the electric power load. This also makes it possible to control purification and its effects on animals.
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図７に示すように、動物飼育システム４は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、解析部１８、表示部１９を備える。
<Embodiment 4>
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing an animal breeding system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the animal breeding system 4 includes a microbial fuel cell 10, a breeding region 15, an analysis unit 18, and a display unit 19.
微生物燃料電池１０は、飼育領域１５に配置されている。飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。なお、図７では微生物燃料電池１０を機能ブロックで示している。 The microbial fuel cell 10 is arranged in the breeding area 15. Animals are bred in the breeding area 15. The arrangement of the cathode 11 and the anode 12 included in the microbial fuel cell 10 can be arranged in the same manner as in the cases shown in FIGS. 2 and 3. In FIG. 7, the microbial fuel cell 10 is shown as a functional block.
解析部１８は、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析する機能を有する。例えば、解析部１８は、コンピュータ等を用いて構成することができる。すなわち、解析用のプログラムをコンピュータ等で実行することで、解析処理を実施することができる。本実施の形態にかかる培地モニタリングシステム１では、解析部１８において微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタする。すなわち、微生物燃料電池１０で生成される電力と飼育領域１５の状態とは互いに関連性を有しているので、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタすることができる。 The analysis unit 18 has a function of analyzing the electric power generated by the microbial fuel cell 10. For example, the analysis unit 18 can be configured by using a computer or the like. That is, the analysis process can be executed by executing the analysis program on a computer or the like. In the medium monitoring system 1 according to the present embodiment, the analysis unit 18 monitors the state of the breeding area 15 by analyzing the electric power generated by the microbial fuel cell 10. That is, since the electric power generated by the microbial fuel cell 10 and the state of the breeding area 15 are related to each other, the state of the breeding area 15 can be determined by analyzing the electric power generated by the microbial fuel cell 10. Can be monitored.
表示部１９は、解析部１８における解析結果を表示する。例えば、表示部１９は、液晶ディスプレイ等を用いて構成することができる。また、微生物燃料電池１０の電力情報を、解析部１８及び表示部１９へ、有線または無線で送信するように構成することもできる。なお、不要であれば表示部１９は適宜省略してもよい。 The display unit 19 displays the analysis result of the analysis unit 18. For example, the display unit 19 can be configured by using a liquid crystal display or the like. Further, the electric power information of the microbial fuel cell 10 can be configured to be transmitted to the analysis unit 18 and the display unit 19 by wire or wirelessly. If unnecessary, the display unit 19 may be omitted as appropriate.
本実施の形態にかかる動物飼育システム４では、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで飼育領域１５の状態をモニタしている。ここで、微生物燃料電池１０で発電された電力とは、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値（起電力）および電流値を含んでいる。つまり、解析部１８は、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタすることができる。 In the animal breeding system 4 according to the present embodiment, the state of the breeding region 15 is monitored by analyzing the electric power generated by the microbial fuel cell 10. Here, the electric power generated by the microbial fuel cell 10 includes a voltage value (electromotive force) and a current value of the electric power generated by the microbial fuel cell 10. That is, the analysis unit 18 can monitor the state of the breeding region 15 by analyzing at least one of the voltage value and the current value of the electric power generated by the microbial fuel cell 10.
本実施の形態にかかる動物飼育システム４における解析例について説明する。図１に示したように、微生物燃料電池１０は微生物の代謝によって有機物が分解されることで発電される。このため、微生物燃料電池１０においては、有機物の量が多いほど発電量が増加する。したがって、発電量が定常時より増加した場合は、有機物が多くなっており水質が悪化していると推定することができる。また、発電量が定常時より減少した場合は、有機物が少なくなっており、飼料が不足していると推定することができる。また、微生物燃料電池１０のカソード１１を水中に設置した場合、カソード１１で溶存酸素を消費することで反応が進行し、発電される。このため、溶存酸素が多いほど発電量が増加する。この場合は、発電量が定常時より減少した場合には、水中の酸素が不足していると推定することができる。したがって、複数のアノード１２及びカソード１１を組み合わせて解析することで、多様な情報を得ることができる。 An analysis example in the animal breeding system 4 according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the microbial fuel cell 10 generates electricity by decomposing organic substances by metabolism of microorganisms. Therefore, in the microbial fuel cell 10, the amount of power generated increases as the amount of organic matter increases. Therefore, when the amount of power generation increases from the normal state, it can be estimated that the amount of organic matter is increased and the water quality is deteriorated. In addition, when the amount of power generation decreases from the normal state, it can be estimated that the amount of organic matter is low and the feed is insufficient. Further, when the cathode 11 of the microbial fuel cell 10 is installed in water, the reaction proceeds by consuming dissolved oxygen at the cathode 11, and power is generated. Therefore, the more dissolved oxygen, the greater the amount of power generation. In this case, if the amount of power generation is lower than in the steady state, it can be estimated that oxygen in the water is insufficient. Therefore, various information can be obtained by analyzing the plurality of anodes 12 and cathodes 11 in combination.
上述のような解析結果に応じて、飼料の量やエアーポンプの流量などの飼育方法を調節することによって、飼育環境を改善することができる。このように、本実施の形態においても、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。 The breeding environment can be improved by adjusting the breeding method such as the amount of feed and the flow rate of the air pump according to the analysis result as described above. As described above, also in the present embodiment, the animal breeding system capable of purifying the bottom sediment and water quality at low cost and energy saving by using the microbial fuel cell 10 and improving the health condition of the animal, the yield amount, and the dirt of the equipment is provided. can do.
なお、本実施の形態においても、上述の実施の形態２、実施の形態３の内容を適宜組み合わせてもよい。例えば、解析部１８、表示部１９の駆動に、微生物燃料電池１０から得られる電力を用いてもよい。この場合、微生物燃料電池１０に対する電力負荷を一定とするために、蓄電デバイスを通じて電力を供給することが好ましい。 In this embodiment as well, the contents of the above-described second and third embodiments may be combined as appropriate. For example, the electric power obtained from the microbial fuel cell 10 may be used to drive the analysis unit 18 and the display unit 19. In this case, it is preferable to supply electric power through the power storage device in order to keep the electric power load on the microbial fuel cell 10 constant.
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図８に示す動物飼育システム５は、実施の形態４で説明した動物飼育システム４と比べて、設備制御部２０と飼育設備２１とを備え、表示部１９を必ずしも備えない点が異なる。これ以外の構成及び動作については、実施の形態４で説明した動物飼育システム４と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明は省略する。図８に示すように、本実施の形態にかかる動物飼育システム５は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、解析部１８、設備制御部２０、飼育設備２１を備える。
<Embodiment 5>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing an animal breeding system according to the fifth embodiment. The animal breeding system 5 shown in FIG. 8 is different from the animal breeding system 4 described in the fourth embodiment in that it includes an equipment control unit 20 and a breeding equipment 21 and does not necessarily include a display unit 19. Since the other configurations and operations are the same as those of the animal breeding system 4 described in the fourth embodiment, the same components are designated by the same reference numerals and duplicate description will be omitted. As shown in FIG. 8, the animal breeding system 5 according to the present embodiment includes a microbial fuel cell 10, a breeding area 15, an analysis unit 18, an equipment control unit 20, and a breeding equipment 21.
飼育設備２１は、動物の飼育を目的として使用される設備であり、例えば、エアーポンプや循環ポンプ、照明、温度調節器、自動給餌器などが挙げられる。設備制御部２０は、解析部１８における解析結果に応じて、飼育設備２１を制御する。解析例については、実施の形態４で説明したので省略する。例えば、水質の悪化が推定された場合、自動給餌器の給餌量及び給餌頻度を減少させることができる。また、酸素濃度の低下が推定された場合は、エアーポンプの流量を増大させることができる。 The breeding equipment 21 is equipment used for the purpose of breeding animals, and examples thereof include an air pump, a circulation pump, lighting, a temperature controller, and an automatic feeder. The equipment control unit 20 controls the breeding equipment 21 according to the analysis result in the analysis unit 18. An analysis example has been described in the fourth embodiment and will be omitted. For example, when deterioration of water quality is estimated, the feeding amount and feeding frequency of the automatic feeder can be reduced. Further, when a decrease in oxygen concentration is estimated, the flow rate of the air pump can be increased.
以上で説明したように、本実施の形態にかかる動物飼育システム５では、解析部１８における解析結果に応じて、飼育設備２１を制御している。したがって、必要とされる飼料や酸素を飼育領域１５に適切に供給することができる。 As described above, in the animal breeding system 5 according to the present embodiment, the breeding equipment 21 is controlled according to the analysis result in the analysis unit 18. Therefore, the required feed and oxygen can be appropriately supplied to the breeding area 15.
なお、本実施の形態においても、上述の実施の形態２〜４の内容を適宜組み合わせてもよい。 In this embodiment as well, the contents of the above-described embodiments 2 to 4 may be combined as appropriate.
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described above in accordance with the above-described embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and those skilled in the art within the scope of the claims of the present invention. Of course, it includes various modifications, corrections, and combinations that can be made.
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例および比較例における「部」は「質量部」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples do not limit the scope of rights of the present invention. In addition, "part" in an Example and a comparative example represents a "mass part".
＜微生物燃料電池用カソード＞
ケッチェンブラック（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）と鉄フタロシアニン Ｐ−２６（山陽色素社製）を、質量比１／０．５（ケッチェンブラック／鉄フタロシアニン）となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、６００℃で２時間熱処理を行い、炭素触媒を得た。
<Cathode for microbial fuel cells>
Weigh Ketjen Black (manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) and Iron Phthalocyanine P-26 (manufactured by Sanyo Dye Co., Ltd.) to a mass ratio of 1/0.5 (Ketjen Black / Iron Phthalocyanine), and dry Mixing was performed to obtain a mixture. The above mixture was filled in an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon catalyst.
上記の炭素触媒１４部、ＰＶＤＦ＃７２００（ポリフッ化ビニリデン、クレハ社製）６部、Ｎ−メチルピロリドン８０部、を混合して電極形成用組成物を得た。カーボンフェルト（大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍ、日本カーボン社製）上に、上記の電極形成用組成物を目付け量が３ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工した後、オーブンで乾燥させてカソード１１を作製した。 14 parts of the above carbon catalyst, 6 parts of PVDF # 7200 (polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Corporation), and 80 parts of N-methylpyrrolidone were mixed to obtain an electrode forming composition. The above electrode-forming composition is applied onto carbon felt (size 10 cm × 10 cm, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) so that the basis weight is 3 mg / cm 2, and then dried in an oven to prepare a cathode 11. did.
＜微生物燃料電池用アノード＞
カーボンフェルト（日本カーボン社製）を大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍに切断し、アノード１２を作製した。
<Anode for microbial fuel cell>
Carbon felt (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was cut into a size of 10 cm × 10 cm to prepare an anode 12.
＜動物飼育システムの作製＞
［実施例］
図５に示すように、上記のカソード１１及びアノード１２を用いた微生物燃料電池１０と、飼育領域１５である底質及び水と、容器１６と、を備える動物飼育システムを構成した。４０Ｌの容量を持つガラス製の容器１６に、底質を容器１６の底部から１０ｃｍの高さまで充填し、アノード１２を底質中に埋設した。次に、水を容器１６の底部から３０ｃｍの高さまで充填し、カソード１１を水面に浮遊させた。続いて、カソード１１とアノード１２に配線を取り付けて外部抵抗（１ｋΩ）と電気的に接続し、微生物燃料電池１０を連続運転させた。エアーポンプにより水中に空気をバブリングした。水中に金魚３匹を入れ、飼料を毎日１回投入した。また、１週間毎に蒸発等により減少した水分を補った。
［比較例]
カソード１１とアノード１２とを電気的に接続しない以外は、実施例と同様にして、動物飼育システムを構成した。
<Creation of animal breeding system>
[Example]
As shown in FIG. 5, an animal breeding system including a microbial fuel cell 10 using the above-mentioned cathode 11 and anode 12, sediment and water as a breeding region 15, and a container 16 was constructed. A glass container 16 having a capacity of 40 L was filled with the sediment to a height of 10 cm from the bottom of the container 16, and the anode 12 was embedded in the sediment. Next, water was filled to a height of 30 cm from the bottom of the container 16, and the cathode 11 was suspended on the water surface. Subsequently, wiring was attached to the cathode 11 and the anode 12 and electrically connected to an external resistor (1 kΩ) to continuously operate the microbial fuel cell 10. Air was bubbled into the water with an air pump. Three goldfish were placed in the water and feed was added once daily. In addition, the water content decreased due to evaporation or the like was supplemented every week.
[Comparison example]
The animal breeding system was configured in the same manner as in the examples except that the cathode 11 and the anode 12 were not electrically connected.
＜動物飼育システムの評価＞
上記の動物システムを３ヶ月間にわたって継続的に運転し、データロガーを用いて微生物燃料電池１０の電圧を連続的に測定した。また、容器１６の壁面に生じる藻類を目視で観察した。
<Evaluation of animal breeding system>
The above animal system was continuously operated for 3 months, and the voltage of the microbial fuel cell 10 was continuously measured using a data logger. In addition, the algae formed on the wall surface of the container 16 were visually observed.
実施例では設置後徐々に電圧が上昇し、２週間後以降は電圧が９０ｍＶで安定したことから、底質中の微生物がアノード１２に付着し、飼料や動物の排泄物等の有機物を分解して電子を放出したと考察される。実施例の動物飼育システムでは、比較例よりも藻類の発生が少なかった。特に斑点状藻の発生が大幅に減少し、比較例では壁面１０ｃｍ２あたり１個以上の斑点状藻によるスポットが見られた一方で、実施例では斑点状藻の発生が確認できなかった。これにより、清掃の頻度や労力を低減できることが明らかとなった。 In the examples, the voltage gradually increased after installation, and after 2 weeks, the voltage became stable at 90 mV. Therefore, microorganisms in the sediment adhered to the anode 12 and decomposed organic matter such as feed and animal excrement. It is considered that the electron was emitted. The animal rearing system of the examples produced less algae than the comparative examples. In particular, the occurrence of spotted algae was significantly reduced, and in the comparative example, spots due to one or more spotted algae were observed per 10 cm 2 of the wall surface, but in the examples, the occurrence of spotted algae could not be confirmed. As a result, it became clear that the frequency and labor of cleaning can be reduced.
１０、１０_１〜１０_３ 微生物燃料電池
１１、１１_１〜１１_６ カソード
１２、１２_１〜１２_３ アノード
１３ 電解質
１４ 空気取り入れ孔
１５、１５＿１、１５＿２ 飼育領域
１６ 容器
１７ 電力使用部
１８ 解析部
１９ 表示部
２０ 設備制御部
２１ 飼育設備
10, 10_1 to 10_3 Microbial fuel cell 11, 11_1 to 11_6 Cathode 12, 12_1 to 12_3 Anode 13 Electrolyte 14 Air intake holes 15, 15_1, 15_2 Breeding area 16 Container 17 Power usage unit 18 Analysis unit 19 Display unit 20 Equipment control unit 21 Breeding equipment
Claims (8)
該解析部は、前記微生物燃料電池で発電された電力を解析することで、前記飼育領域の状態をモニタする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の動物飼育システム。 Further, it is provided with an analysis unit that analyzes the electric power generated by the microbial fuel cell.
The animal breeding system according to any one of claims 1 to 6, wherein the analysis unit monitors the state of the breeding area by analyzing the electric power generated by the microbial fuel cell.
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