JP2021035672A - Wastewater treatment apparatus, power generation apparatus, desulfurization treatment apparatus, power generation method and desulfurization method - Google Patents

Wastewater treatment apparatus, power generation apparatus, desulfurization treatment apparatus, power generation method and desulfurization method Download PDF

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達則 清川
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Abstract

To provide a wastewater treatment apparatus, a power generation apparatus, a desulfurization treatment apparatus, a power generation method and a desulfurization method enabling further efficient energy recovery/utilization or desulfurization as a technique associated with wastewater treatment.SOLUTION: A wastewater treatment apparatus for treating water to be treated, a power generation apparatus, a desulfurization treatment apparatus, a power generation method and a desulfurization method in which power generation or desulfurization treatment is carried out by a reaction using a reducing substance contained in water to be treated, as an electron donor. This invention enables efficient power generation and desulfurization treatment, because there occurs no inhibition of mass transfer by microorganisms when power generation or desulfurization treatment is carried out by a reaction using a reducing substance contained in water to be treated, as a direct electron donor. In addition, this makes it possible to downsize a wastewater treatment facility compared to a case where a power generation facility using a microbial fuel cell and a desulfurization treatment facility are installed separately.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電あるいは脱硫処理を伴う排水処理装置に関するものである。また、本発明は、排水処理における発電装置及び発電方法に関するものである。さらに、本発明は、排水処理における脱硫処理装置及び脱硫方法に関するものである。 The present invention relates to a wastewater treatment apparatus accompanied by power generation or desulfurization treatment. The present invention also relates to a power generation device and a power generation method in wastewater treatment. Furthermore, the present invention relates to a desulfurization treatment apparatus and a desulfurization method in wastewater treatment.

一般に、有機物を含む排水を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。特に、嫌気的な環境下での生物処理(以下、「嫌気処理」と呼ぶ)は、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入のメリットが高いことから広く用いられている。また、嫌気処理による排水処理に付随して、様々な処理工程や技術を組み合わせることも行われている。例えば、嫌気処理に付随させる技術の一つとしては、嫌気処理により発生したメタンなどのバイオガスを燃料として用い、発電を行うことが知られている。 Generally, as a method for treating wastewater containing organic substances, biological treatment using various microorganisms is known. In particular, biological treatment in an anaerobic environment (hereinafter referred to as "anaerobic treatment") is widely used because it does not require aeration power and has high advantages such as almost no excess sludge. .. In addition, various treatment processes and techniques are combined in association with wastewater treatment by anaerobic treatment. For example, as one of the techniques associated with anaerobic treatment, it is known that biogas such as methane generated by anaerobic treatment is used as fuel to generate electricity.

一方、微生物による酸化還元反応を利用して発電を行う技術として、微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池とは、微生物の代謝能力を利用して電気エネルギーを得るものである。より具体的には、微生物燃料電池とは、微生物によって有機物などの基質が酸化分解する過程で生じた電子をアノード側で回収し、カソード側に電子を移動させることで電流を得る構成を有するものである。 On the other hand, a microbial fuel cell is known as a technique for generating electricity by utilizing an oxidation-reduction reaction by a microorganism. A microbial fuel cell is one that obtains electrical energy by utilizing the metabolic capacity of microorganisms. More specifically, a microbial fuel cell has a configuration in which electrons generated in the process of oxidative decomposition of a substrate such as an organic substance by microorganisms are recovered on the anode side and an electric current is obtained by moving the electrons to the cathode side. Is.

例えば、特許文献1には、一対の電極の一方をアノードとして嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む溶液(懸濁液)と接触させ、他方の電極をカソードとして構造上空隙を有する材料によって形成して空気と接触させ、アノードとカソードを電気的に接続して閉回路を形成させた発電装置が記載されている。また、特許文献1には、アノード表面に微生物を付着させることも記載されている。さらに、特許文献1には、この発電装置により、アノードにおける有機性物質を電子供与体とする微生物による酸化反応、及び、カソードにおける酸素を電子受容体とする還元反応を進行させる発電方法についても記載されている。 For example, in Patent Document 1, one of a pair of electrodes is used as an anode and is brought into contact with a solution (suspension) containing a microorganism and an organic substance capable of growing under anaerobic conditions, and the other electrode is used as a cathode to form a structural void. A power generation device is described in which a closed circuit is formed by electrically connecting an anode and a cathode by forming them from a material to be brought into contact with air. Further, Patent Document 1 also describes that microorganisms are attached to the surface of the anode. Further, Patent Document 1 also describes a power generation method in which this power generation device proceeds an oxidation reaction by a microorganism using an organic substance as an electron donor at an anode and a reduction reaction using oxygen as an electron acceptor at a cathode. Has been done.

特開2004−342412号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-342212

特許文献1に記載されるような微生物燃料電池による発電は、エネルギー変換効率が低く、実用化に際しては発電出力の向上が大きな課題となっている。これは、微生物を直接電極に接触あるいは担持させるため、電極への物質移動が微生物により阻害されることや、微生物の代謝速度が律速となることに起因しているものと推察される。 Power generation by a microbial fuel cell as described in Patent Document 1 has low energy conversion efficiency, and improvement of power generation output has become a major issue in practical use. It is presumed that this is because the microorganisms directly contact or support the electrodes, so that the mass transfer to the electrodes is inhibited by the microorganisms, and the metabolic rate of the microorganisms becomes rate-determining.

また、近年、排水処理時における設備駆動電力を抑え、省エネルギー化に優れるものとするために、排水処理に付随させる技術として、効率的なエネルギーの回収・利用が可能な技術が求められている。このような技術の一つとして、排水処理に微生物燃料電池を適用し、排水処理と発電を同時に行うことに係る技術が検討されているが、上記したように、十分な発電出力を得ることが困難であるという課題がある。 Further, in recent years, in order to suppress equipment drive power at the time of wastewater treatment and to improve energy saving, a technology capable of efficiently recovering and using energy is required as a technology associated with wastewater treatment. As one of such technologies, a technology related to applying a microbial fuel cell to wastewater treatment and simultaneously performing wastewater treatment and power generation has been studied, but as described above, it is possible to obtain sufficient power generation output. There is a problem that it is difficult.

さらに、排水処理に付随させる技術としては、効率的なエネルギーの回収・利用以外にも、排水処理時に発生する被処理水中の有害物質を効率的に除去する技術が求められる。このような技術としては、特に、排水処理時に発生する硫化水素を除去する脱硫処理を効率的に行うことが求められている。 Further, as a technology associated with wastewater treatment, in addition to efficient energy recovery and utilization, a technology for efficiently removing harmful substances in the water to be treated generated during wastewater treatment is required. As such a technique, in particular, it is required to efficiently perform a desulfurization treatment for removing hydrogen sulfide generated during wastewater treatment.

本発明の課題は、排水処理に付随させる技術として、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理を可能とする排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wastewater treatment apparatus, a power generation apparatus, a desulfurization treatment apparatus, a power generation method, and a desulfurization method that enable more efficient energy recovery / utilization or desulfurization treatment as a technique associated with wastewater treatment. Is.

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、排水処理において被処理水中の還元性物質を用いた反応を行うことにより、排水処理において、発電による効率的なエネルギーの回収・利用が可能となることや被処理水の脱硫処理が可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法である。
As a result of diligent studies on the above problems, the present inventor has made it possible to efficiently recover and utilize energy by power generation in wastewater treatment by performing a reaction using a reducing substance in the water to be treated in wastewater treatment. The present invention has been completed by finding that it is possible to perform a desalination treatment of the water to be treated.
That is, the present invention is the following wastewater treatment apparatus, power generation apparatus, desulfurization treatment apparatus, power generation method and desulfurization method.

上記課題を解決するための本発明の排水処理装置は、被処理水を処理する排水処理装置であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電を行うという特徴を有する。 The wastewater treatment apparatus of the present invention for solving the above problems is a wastewater treatment apparatus for treating water to be treated, and has a feature of generating electricity by a reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. ..

本発明の排水処理装置は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。 The wastewater treatment apparatus of the present invention directly uses the reducing substance contained in the water to be treated as an electron donor to generate electricity, so that the movement of the substance is not hindered by microorganisms, so that efficient power generation is possible. It becomes. In addition, the equipment can be downsized as compared with the power generation by the microbial fuel cell.

また、上記課題を解決するための本発明の排水処理装置の別の態様としては、被処理水を処理する排水処理装置であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応により脱硫処理を行うという特徴を有する。 Another aspect of the wastewater treatment apparatus of the present invention for solving the above problems is a wastewater treatment apparatus that treats water to be treated by a reaction in which a reducing substance in the water to be treated is used as an electron donor. It has the characteristic of performing desulfurization treatment.

本発明の排水処理装置は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、還元性物質である硫化水素を硫黄に変換することができ、被処理水中の硫化水素を効率的に除去することが可能となる。 The wastewater treatment apparatus of the present invention can convert hydrogen sulfide, which is a reducing substance, into sulfur by performing desulfurization treatment by directly using the reducing substance contained in the water to be treated as an electron donor, and can be treated. It becomes possible to efficiently remove hydrogen sulfide in water.

また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、被処理水中に電極を設置し、発電を行うという特徴を有する。
この特徴によれば、排水処理装置に導入される被処理水中に直接電極を設置することで、排水処理における一連の処理過程の中で発電を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施することが可能となる。また、このとき、被処理水中に含まれる硫化水素を電子供与体とする電極反応が進行することで、硫黄に変換される。このため、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。
Further, one embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention is characterized in that electrodes are installed in the water to be treated to generate electricity.
According to this feature, by installing the electrode directly in the water to be treated introduced into the wastewater treatment apparatus, it becomes possible to carry out power generation in a series of treatment processes in the wastewater treatment. This makes it possible to carry out efficient power generation without increasing the size of the equipment. At this time, the electrode reaction using hydrogen sulfide contained in the water to be treated as an electron donor proceeds to convert it into sulfur. Therefore, it is possible to carry out the efficient desulfurization treatment without separately providing equipment for the desulfurization treatment.

また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、電極間にイオン交換体を配置するという特徴を有する。
この特徴によれば、一対の電極間における電子の移動効率を高めることが可能となるため、発電効率や脱硫処理効率をより向上させることが可能となる。
Further, one embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention is characterized in that an ion exchanger is arranged between the electrodes.
According to this feature, it is possible to increase the electron transfer efficiency between the pair of electrodes, so that it is possible to further improve the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、被処理水の処理を行う処理槽と、処理槽の後段に発電部とを設け、処理槽により処理された後の被処理水中の還元性物質を、発電部に導入し、発電を行うという特徴を有する。
従来技術である微生物燃料電池を用いた発電においては、排水処理に必要な微生物の濃度を高めることで、電極への物質移動が微生物によって一層阻害されることになるため、排水処理効率と発電効率がトレードオフの関係となる問題が生じることが知られている。
この特徴によれば、被処理水を処理する処理槽と、発電を行う発電部とを分けることで、排水処理と発電を1カ所で同時に行うことがなく、排水処理効率と発電効率とが互いにトレードオフの関係となることを回避することができる。特に、被処理水の処理により発生した還元性物質を電子供与体とすることにより、発電のみならず排水処理後の被処理水中に含まれる還元性物質の酸化処理(脱硫処理)を行うことが可能となるため、排水処理効率を全体的に向上させることが可能となる。
Further, as one embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention, a treatment tank for treating water to be treated and a power generation unit are provided after the treatment tank, and reduction of the water to be treated after being treated by the treatment tank is provided. It has the characteristic of introducing a sex substance into the power generation section to generate electricity.
In power generation using a microbial fuel cell, which is a conventional technique, by increasing the concentration of microorganisms required for wastewater treatment, mass transfer to the electrodes is further hindered by the microorganisms, so that wastewater treatment efficiency and power generation efficiency Is known to cause problems that are in a trade-off relationship.
According to this feature, by separating the treatment tank that treats the water to be treated and the power generation unit that generates power, wastewater treatment and power generation do not occur at one place at the same time, and the wastewater treatment efficiency and power generation efficiency are mutually exclusive. It is possible to avoid a trade-off relationship. In particular, by using the reducing substance generated by the treatment of the water to be treated as an electron donor, it is possible to perform not only power generation but also oxidation treatment (desulfurization treatment) of the reducing substance contained in the water to be treated after wastewater treatment. Since it is possible, it is possible to improve the wastewater treatment efficiency as a whole.

また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、被処理水中の還元性物質を、被処理水中に溶存させるためのpH制御手段を設けるという特徴を有する。
この特徴によれば、pHに応じて被処理水中への溶解度が変わる還元性物質を、被処理水中により多く留めることが可能となり、電子供与体として反応に供する還元性物質の量を増加させることができる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
Further, one embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention is characterized by providing a pH control means for dissolving a reducing substance in the water to be treated in the water to be treated.
According to this feature, it is possible to retain more reducing substances whose solubility in the water to be treated changes depending on the pH in the water to be treated, and to increase the amount of the reducing substances to be subjected to the reaction as an electron donor. Can be done. This makes it possible to increase the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、本発明の排水処理装置の一実施態様としては、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度制御手段を設けるという特徴を有する。
この特徴によれば、還元性物質を電子供与体とする反応について、物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じるように、温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
Further, one embodiment of the wastewater treatment apparatus of the present invention is characterized in that a temperature control means for a reaction in which a reducing substance in the water to be treated is used as an electron donor is provided.
According to this feature, it is possible to control the temperature of a reaction using a reducing substance as an electron donor so as to improve the mass transfer rate and the reaction efficiency. This makes it possible to increase the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、上記課題を解決するための本発明の発電装置としては、被処理水を処理する排水処理装置に設ける発電装置であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体として発電を行うという特徴を有する。
本発明の発電装置は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、既存の排水処理装置に適用することで、排水処理装置全体を大規模に更新することなく、発電を行うことができる排水処理装置に更新することが可能となる。
Further, the power generation device of the present invention for solving the above problems is a power generation device provided in a wastewater treatment device for treating water to be treated, and power generation is performed using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. It has characteristics.
In the power generation device of the present invention, by directly using the reducing substance contained in the water to be treated as an electron donor to generate power, the movement of the substance is not hindered by microorganisms, so that efficient power generation is possible. Become. In addition, the equipment can be downsized as compared with the power generation by the microbial fuel cell. Furthermore, by applying it to an existing wastewater treatment device, it becomes possible to update the wastewater treatment device to a wastewater treatment device capable of generating electricity without updating the entire wastewater treatment device on a large scale.

また、上記課題を解決するための本発明の脱硫処理装置としては、被処理水を処理する排水処理装置に設ける脱硫処理装置であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供するという特徴を有する。
本発明の脱硫処理装置は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。また、既存の排水処理装置に適用することで、排水処理装置全体を大規模に更新することなく、脱硫処理を行うことができる排水処理装置に更新することが可能となる。
Further, the desulfurization treatment apparatus of the present invention for solving the above problems is a desulfurization treatment apparatus provided in a wastewater treatment apparatus for treating water to be treated, and desulfurization treatment using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. It has the characteristic of being used for.
The desulfurization treatment apparatus of the present invention enables efficient desulfurization without discharging hydrogen sulfide to the outside of the system by performing desulfurization treatment using the reducing substance contained in the water to be treated directly as an electron donor. Become. Further, by applying it to an existing wastewater treatment apparatus, it is possible to update the wastewater treatment apparatus to a wastewater treatment apparatus capable of performing desulfurization treatment without updating the entire wastewater treatment apparatus on a large scale.

また、上記課題を解決するための本発明の発電方法としては、被処理水を処理する排水処理における発電方法であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体として発電を行う工程を備えるという特徴を有する。
本発明の発電方法は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。
Further, the power generation method of the present invention for solving the above problems is a power generation method in wastewater treatment for treating water to be treated, and includes a step of generating power using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. It has the feature.
In the power generation method of the present invention, by directly using the reducing substance contained in the water to be treated as an electron donor to generate power, the movement of the substance is not hindered by microorganisms, so that efficient power generation is possible. Become. In addition, the equipment can be downsized as compared with the power generation by the microbial fuel cell.

また、上記課題を解決するための本発明の脱硫方法としては、被処理水を処理する排水処理における脱硫方法であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供する工程を備えるという特徴を有する。
本発明の脱硫方法は、被処理水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。
Further, the desulfurization method of the present invention for solving the above problems is a desulfurization method in wastewater treatment for treating water to be treated, and a step of subjecting a reducing substance in the water to be treated to the desulfurization treatment as an electron donor. It has the feature of being prepared.
In the desulfurization method of the present invention, the desulfurization treatment is carried out by directly using the reducing substance contained in the water to be treated as an electron donor, so that efficient desulfurization can be performed without discharging hydrogen sulfide to the outside of the system. ..

本発明によれば、排水処理に付随させる技術として、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理を可能とする排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供することができる。 According to the present invention, as a technique associated with wastewater treatment, a wastewater treatment device, a power generation device, a desulfurization treatment device, a power generation method, and a desulfurization method that enable more efficient energy recovery / utilization or desulfurization treatment are provided. Can be done.

本発明の第1の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the wastewater treatment apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the wastewater treatment apparatus in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the wastewater treatment apparatus in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施態様における排水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the wastewater treatment apparatus in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the wastewater treatment apparatus in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the wastewater treatment apparatus in the 6th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法の実施態様を詳細に説明する。本発明における発電方法及び脱硫方法は、本発明における排水処理装置、発電装置及び脱硫処理装置の作動の説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法については、本発明に係る排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the wastewater treatment apparatus, the power generation apparatus, the desulfurization treatment apparatus, the power generation method, and the desulfurization method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The power generation method and the desulfurization method in the present invention shall be replaced with the description of the operation of the wastewater treatment device, the power generation device and the desulfurization treatment device in the present invention.
Regarding the wastewater treatment apparatus, power generation apparatus, desulfurization treatment apparatus, power generation method and desulfurization method described in the embodiments, the wastewater treatment apparatus, power generation apparatus, desulfurization treatment apparatus, power generation method and desulfurization method according to the present invention will be described. It is merely exemplified in the above, and is not limited to this.

本発明の排水処理装置において、処理対象である被処理水は、還元性物質を含むものであれば特に限定されない。なお、還元性物質は、排水処理装置に導入する前の被処理水に含有されているものであってもよく、排水処理装置における処理経過に伴って生成され、被処理水中に存在するものであってもよい。具体的な被処理水の例としては、例えば、食品工場、化学工場、紙パルプ工場等の各種工場から排出される工業排水や、下水などの生活排水などが挙げられる。なお、以下の実施態様においては、被処理水として、処理を経ることで還元性物質が生成するものについて主に説明するが、これに限定されるものではない。 In the wastewater treatment apparatus of the present invention, the water to be treated is not particularly limited as long as it contains a reducing substance. The reducing substance may be contained in the water to be treated before being introduced into the wastewater treatment apparatus, and is generated as the treatment progresses in the wastewater treatment apparatus and exists in the water to be treated. There may be. Specific examples of water to be treated include industrial wastewater discharged from various factories such as food factories, chemical factories, and pulp and paper factories, and domestic wastewater such as sewage. In the following embodiments, the water to be treated, which produces a reducing substance through the treatment, will be mainly described, but the present invention is not limited thereto.

また、本発明において、被処理水中に含まれる還元性物質とは、電子供与体として機能するものであればよく、特に限定されない。ある物質が電子供与体として機能するか否かは、電子受容体として機能する物質(以下、単に「電子受容体」と呼ぶ)との組み合わせによって相対的に決まるものである。つまり、本発明における還元性物質は、電子受容体よりも電子を放出しやすいもの、すなわち電子受容体よりも酸化還元電位が低いものとすることが挙げられる。例えば、電子受容体として酸素を用いた場合、本発明における還元性物質は、酸素よりも酸化還元電位が低いものであればよく、このような還元性物質としては、硫化水素、水素、アンモニアなどが挙げられる。 Further, in the present invention, the reducing substance contained in the water to be treated is not particularly limited as long as it functions as an electron donor. Whether or not a substance functions as an electron donor is relatively determined by the combination with a substance that functions as an electron acceptor (hereinafter, simply referred to as "electron acceptor"). That is, the reducing substance in the present invention is one that is more likely to emit electrons than the electron acceptor, that is, has a lower redox potential than the electron acceptor. For example, when oxygen is used as an electron acceptor, the reducing substance in the present invention may have an oxidation-reduction potential lower than that of oxygen, and such reducing substances include hydrogen sulfide, hydrogen, and ammonia. Can be mentioned.

〔第1の実施態様〕
(排水処理装置)
図1は、本発明の第1の実施態様における排水処理装置の構造を示す概略説明図である。
本実施態様における排水処理装置1Aは、図1に示すように、処理槽2と、発電部3とを備えるものである。また、排水処理装置1Aは、処理槽2に被処理水Wを導入する導入配管L1、処理槽2と発電部3を接続する接続配管L2、発電部3から被処理水Wを排出する排出配管L3を備えており、被処理水Wは、処理槽2による処理を経た後、発電部3に導入される。
[First Embodiment]
(Wastewater treatment equipment)
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a structure of a wastewater treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the wastewater treatment device 1A in the present embodiment includes a treatment tank 2 and a power generation unit 3. Further, the wastewater treatment device 1A includes an introduction pipe L1 for introducing the water to be treated W into the treatment tank 2, a connection pipe L2 for connecting the treatment tank 2 and the power generation unit 3, and a discharge pipe for discharging the water to be treated W from the power generation unit 3. L3 is provided, and the water to be treated W is introduced into the power generation unit 3 after being treated by the treatment tank 2.

(処理槽)
処理槽2は、被処理水Wを処理するための槽である。
処理槽2で行う処理は、被処理水W中に含まれる処理対象に合った処理であり、処理後の被処理水W中に還元性物質を含むものであれば、特に制限されない。例えば、生物処理、化学処理(薬剤添加、オゾン処理など)などが挙げられるが、人体に対して有害な物質の使用及び生成を伴うことがなく、かつ比較的低コスト処理が可能な生物処理とすることが望ましい。
さらに、生物処理としては、例えば、嫌気的な環境下での生物処理(嫌気処理)として、酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵や、脱窒菌により硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理や、硫酸還元菌により硫酸の還元を行う硫酸還元処理等が挙げられる。また、好気的な環境下での生物処理(好気処理)として、活性汚泥を用いる活性汚泥処理などが挙げられる。処理コストや生成ガスの有用性の観点から、生物処理としては嫌気処理が好ましく、特に、メタンを生成するメタン発酵が特に好ましい。
(Processing tank)
The treatment tank 2 is a tank for treating the water to be treated W.
The treatment performed in the treatment tank 2 is a treatment suitable for the treatment target contained in the water to be treated W, and is not particularly limited as long as the water to be treated W contains a reducing substance after the treatment. For example, biological treatment, chemical treatment (drug addition, ozone treatment, etc.) can be mentioned, but it is a biological treatment that does not involve the use and production of substances harmful to the human body and can be treated at a relatively low cost. It is desirable to do.
Further, as the biological treatment, for example, as a biological treatment in an anaerobic environment (anaerobic treatment), methane fermentation by acid-producing bacteria and methane-producing bacteria, and denitrification treatment in which sulfuric acid and nitrite are reduced by denitrifying bacteria. Examples thereof include sulfuric acid reduction treatment in which sulfuric acid is reduced by sulfuric acid reducing bacteria. In addition, as a biological treatment (aerobic treatment) in an aerobic environment, activated sludge treatment using activated sludge and the like can be mentioned. From the viewpoint of treatment cost and usefulness of the produced gas, anaerobic treatment is preferable as the biological treatment, and methane fermentation that produces methane is particularly preferable.

処理槽2において、嫌気処理のうち、特にメタン発酵を行う場合、被処理水W中には、メタンのほか、硫化水素、水素、アンモニア等が生成する。なお、これら生成物は、本発明における還元性物質に相当するものである。 In the treatment tank 2, especially when methane fermentation is performed in the anaerobic treatment, hydrogen sulfide, hydrogen, ammonia and the like are generated in the water to be treated W in addition to methane. In addition, these products correspond to the reducing substance in this invention.

処理槽2で処理された被処理水Wは還元性物質を含有する状態となり、接続配管L2を介して、発電部3へ導入される。 The water to be treated W treated in the treatment tank 2 is in a state of containing a reducing substance, and is introduced into the power generation unit 3 via the connection pipe L2.

(発電部(発電装置・脱硫処理装置))
発電部3は、被処理水W中の還元性物質を電子供与体として発電を行うためのものである。また、本実施態様における発電部3は、被処理水W中の還元性物質のうち、硫化水素などの硫黄含有化合物を電子供与体とすることで、脱硫処理を行うことも可能となる。
以下、本実施態様の発電部3の構造について、発電に係る観点から説明する。なお、本実施態様の発電部3による脱硫処理の詳細については後述する。
(Power generation unit (power generation equipment / desulfurization treatment equipment))
The power generation unit 3 is for generating electricity by using the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor. Further, the power generation unit 3 in the present embodiment can perform desulfurization treatment by using a sulfur-containing compound such as hydrogen sulfide as an electron donor among the reducing substances in the water to be treated W.
Hereinafter, the structure of the power generation unit 3 of the present embodiment will be described from the viewpoint of power generation. The details of the desulfurization treatment by the power generation unit 3 of this embodiment will be described later.

本実施態様の発電部3は、図1に示すように、処理槽2の後段に設けられ、第1のセル31a及び第2のセル31bと、セル31a、31bの間を仕切るように設けられたイオン交換体32と、セル31a、31bにそれぞれ配置された電極33a、33bとを備えている。ここで、第1のセル31aは、処理槽2から接続配管L2を介して導入された被処理水Wが電極33aに接触するように形成されており、第1のセル31aに配置された電極33aはアノードとして機能する。一方、第2のセル31bは、電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されており、第2のセル31bに配置された電極33bはカソードとして機能する。また、電極33a、33bは導線により外部回路と接続されている(不図示)。これにより、発電部3において、還元性物質が電子供与体として作用することで発生する電気エネルギーの回収及び利用が可能となる。 As shown in FIG. 1, the power generation unit 3 of the present embodiment is provided after the processing tank 2 and is provided so as to partition between the first cell 31a and the second cell 31b and the cells 31a and 31b. The ion exchanger 32 and the electrodes 33a and 33b arranged in the cells 31a and 31b, respectively, are provided. Here, the first cell 31a is formed so that the water W to be treated introduced from the treatment tank 2 via the connection pipe L2 comes into contact with the electrode 33a, and the electrode is arranged in the first cell 31a. 33a functions as an anode. On the other hand, the second cell 31b is formed so as to store or supply an electron acceptor, and the electrode 33b arranged in the second cell 31b functions as a cathode. Further, the electrodes 33a and 33b are connected to an external circuit by a conducting wire (not shown). As a result, in the power generation unit 3, the electric energy generated by the reducing substance acting as an electron donor can be recovered and utilized.

第1のセル31aは、電極33aを備え、被処理水Wが電極33aに接触するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。例えば、図1に示すように、接続配管L2を介して導入された被処理水Wを一時的に貯留可能なスペースを有し、電極33aに接触した後の被処理水Wを排出するための排出配管L3を備えるものとすること等が挙げられる。これにより、被処理水W中の還元性物質は電子供与体として電極33aに電子を供与した後、排出配管L3を介して速やかに排出される。
なお、接続配管L2及び/又は排出配管L3に、バルブ等の流量調整機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極33aに接触させる被処理水Wの量及び流速を調整し、電極33aに対する物質移動速度を制御することが可能となる。
The first cell 31a may be any as long as it includes an electrode 33a and is formed so that the water W to be treated comes into contact with the electrode 33a, and the material and shape are not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, the water to be treated W introduced through the connection pipe L2 has a space that can be temporarily stored, and the water to be treated W after contacting the electrode 33a is discharged. For example, the discharge pipe L3 is provided. As a result, the reducing substance in the water to be treated W donates electrons to the electrode 33a as an electron donor, and then is quickly discharged through the discharge pipe L3.
The connection pipe L2 and / or the discharge pipe L3 may be provided with a flow rate adjusting mechanism such as a valve. This makes it possible to adjust the amount and flow velocity of the water W to be treated in contact with the electrode 33a and control the mass transfer rate with respect to the electrode 33a.

排出配管L3を介して排出された被処理水Wは、河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出配管L3の後段に、被処理水Wを更に処理するための反応槽4を設けるものとしてもよい。反応槽4としては、被処理水Wが河川放流可能な水質となるように処理できるものであれば特に限定されない。例えば、曝気槽やpH調整槽などが挙げられる。 The water to be treated W discharged through the discharge pipe L3 can be discharged as it is as long as it satisfies the water quality that can be discharged into a river or the like. Further, a reaction tank 4 for further treating the water to be treated W may be provided after the discharge pipe L3. The reaction tank 4 is not particularly limited as long as it can be treated so that the water to be treated W has a water quality that can be discharged into a river. For example, an aeration tank, a pH adjustment tank, and the like can be mentioned.

第2のセル31bは、電極33bを備え、被処理水W中の還元性物質に対する電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。 The second cell 31b may be provided with an electrode 33b and is formed so as to store or supply an electron acceptor for a reducing substance in the water to be treated W, and the material and shape thereof are not particularly limited.

ここで、電子受容体の形態は、気体、液体のいずれであってもよい。なお、液体としては、固体薬剤を溶解させた溶液であってもよく、気体を混合(溶解)させた溶液であってもよい。
本実施態様において電子受容体の具体的な例については、例えば、気体としては、酸素及び酸素を含む気体が挙げられる。なお、酸素を含む気体とは、空気のように混合物として酸素を含むものや、二酸化炭素のように化合物を構成する元素として酸素を含むものが挙げられる。電子受容体として気体を用いた場合、反応後に排出したものの処理が不要(あるいは容易)であることや、入手に係るコストを低減できるという利点がある。なお、これらの利点を最大限活用するためには、電子受容体として、空気を用いることが特に好ましい。
また、本実施態様において電子受容体の他の例としては、例えば、液体として、溶存酸素を含む溶液や、フェリシアン化カリウム水溶液のような酸化剤の水溶液等が挙げられる。電子受容体として液体を用いた場合、電子受容体として効果の高い化合物(酸化剤)の取り扱いが容易となるため、発電効率をより向上させることができるという利点がある。なお、発電効率を向上させるという観点からすると、電子受容体としては、フェリシアン化カリウム水溶液を用いることが特に好ましい。
Here, the form of the electron acceptor may be either a gas or a liquid. The liquid may be a solution in which a solid drug is dissolved or a solution in which a gas is mixed (dissolved).
Specific examples of the electron acceptor in this embodiment include, for example, oxygen and a gas containing oxygen as a gas. Examples of the gas containing oxygen include those containing oxygen as a mixture such as air and those containing oxygen as an element constituting a compound such as carbon dioxide. When a gas is used as the electron acceptor, there are advantages that the treatment of the gas discharged after the reaction is unnecessary (or easy) and the cost for obtaining the gas can be reduced. In order to make the best use of these advantages, it is particularly preferable to use air as the electron acceptor.
In addition, as another example of the electron acceptor in this embodiment, for example, as a liquid, a solution containing dissolved oxygen, an aqueous solution of an oxidizing agent such as an aqueous solution of potassium ferricyanide, and the like can be mentioned. When a liquid is used as the electron acceptor, the compound (oxidizing agent) having a high effect as the electron acceptor can be easily handled, so that there is an advantage that the power generation efficiency can be further improved. From the viewpoint of improving power generation efficiency, it is particularly preferable to use an aqueous potassium ferricyanide solution as the electron acceptor.

第2のセル31bとしては、例えば、図1に示すように、第2のセル31bに、気体状の電子受容体(酸素、空気など)を電極33bに対して供給するために、気体を供給するための電子受容体供給口34a及び反応後の気体を排出するための電子受容体排出口34bを設けることが挙げられる。また、第2のセル31bの他の例としては、第2のセル31bに、液体を貯留可能なスペースを設け、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bとして、それぞれ電子受容体の溶液の供給及び反応後の溶液の排出が可能なものを設けること等が挙げられる。これにより、電極33aからの電子を、電極33bを介して電子受容体が受け取ることができ、電極33aと電極33b間に電流が流れて発電が行われる。また、反応後の電子受容体は電子受容体排出口34bを介して速やかに発電部3の外部に排出される。
なお、電子受容体供給口34a及び/又は電子受容体排出口34bにバルブ等の流量調整機構を設け、第2のセル31bにおける電子受容体の濃度を調整できるものとしてもよい。さらに、電極33aにおける反応により生成した電子量に応じた電子受容体濃度が維持されるように流量調整機構を制御する制御機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極33a及び電極33b間の電子移動に係る反応効率の低下を抑制し、発電効率の低下を抑制することが可能となる。
As the second cell 31b, for example, as shown in FIG. 1, a gas is supplied to the second cell 31b in order to supply a gaseous electron acceptor (oxygen, air, etc.) to the electrode 33b. It is possible to provide an electron acceptor supply port 34a for discharging the gas after the reaction and an electron acceptor discharge port 34b for discharging the gas after the reaction. Further, as another example of the second cell 31b, a space capable of storing a liquid is provided in the second cell 31b, and the electron receptor supply port 34a and the electron receptor discharge port 34b are used as the electron receptor supply port 34a and the electron receptor discharge port 34b, respectively. It is possible to provide a solution capable of supplying the solution and discharging the solution after the reaction. As a result, the electrons from the electrode 33a can be received by the electron receptor via the electrode 33b, and a current flows between the electrode 33a and the electrode 33b to generate electricity. Further, the electron acceptor after the reaction is rapidly discharged to the outside of the power generation unit 3 through the electron acceptor discharge port 34b.
The electron acceptor supply port 34a and / or the electron acceptor discharge port 34b may be provided with a flow rate adjusting mechanism such as a valve so that the concentration of the electron acceptor in the second cell 31b can be adjusted. Further, a control mechanism for controlling the flow rate adjusting mechanism may be provided so that the electron acceptor concentration corresponding to the amount of electrons generated by the reaction at the electrode 33a is maintained. As a result, it is possible to suppress a decrease in reaction efficiency related to electron transfer between the electrodes 33a and 33b, and to suppress a decrease in power generation efficiency.

図1において、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bは、それぞれ1つずつ設けたものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bを複数設けるものとしてもよい。特に、電子受容体として酸素を含む気体を用いた場合、後述するように、電極33bにおける反応によって水が生成する。したがって、電子受容体排出口34bを複数設ける場合、例えば、気体を排出するものと液体を排出するものをそれぞれ分けて設けること等が挙げられる。 In FIG. 1, one electron receiver supply port 34a and one electron receptor discharge port 34b are provided, but the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of electron receptor supply ports 34a and a plurality of electron receptor discharge ports 34b may be provided. In particular, when a gas containing oxygen is used as the electron acceptor, water is generated by the reaction at the electrode 33b, as will be described later. Therefore, when a plurality of electron acceptor discharge ports 34b are provided, for example, a gas discharge port and a liquid discharge port may be provided separately.

イオン交換体32は、イオンを透過することのできる公知の構成であればよく、特に限定するものではない。特に、電極33a(アノード側)で発生する水素イオンを透過することのできる陽イオン交換膜とすることが挙げられる。これにより、電極33a(アノード側)から電極33b(カソード側)へ水素イオンが移動することで、電極33bでの電子受容体の反応効率を高めることができ、発電効率を向上させることができる。また、イオン交換体32は、酸素透過性が低いものとすることがより好ましい。これにより、電極33b(カソード側)に供給される電子受容体(酸素)が電極33a側に移動することを抑制し、電極33aにおける電子供与体の反応効率が酸素により低下することを抑制することが可能となる。
なお、図1において、イオン交換体32は、電極33a及び電極33bと別体として設けるものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、イオン交換能を有する材料と電極33a及び/又は電極33bを一体とすること等が挙げられる。これにより、発電部3全体を小型化することが可能となるとともに、メンテナンス作業に係る時間短縮が可能となる。
The ion exchanger 32 may have a known structure capable of allowing ions to permeate, and is not particularly limited. In particular, a cation exchange membrane capable of permeating hydrogen ions generated at the electrode 33a (anode side) can be mentioned. As a result, hydrogen ions move from the electrode 33a (anode side) to the electrode 33b (cathode side), so that the reaction efficiency of the electron acceptor at the electrode 33b can be increased, and the power generation efficiency can be improved. Further, it is more preferable that the ion exchanger 32 has low oxygen permeability. As a result, the electron acceptor (oxygen) supplied to the electrode 33b (cathode side) is suppressed from moving to the electrode 33a side, and the reaction efficiency of the electron donor at the electrode 33a is suppressed from being lowered by oxygen. Is possible.
Note that, in FIG. 1, the ion exchanger 32 is provided as a separate body from the electrode 33a and the electrode 33b, but is not limited thereto. For example, the material having an ion exchange ability and the electrode 33a and / or the electrode 33b may be integrated. As a result, the entire power generation unit 3 can be miniaturized, and the time required for maintenance work can be shortened.

電極33aは、被処理水W中の還元性物質から電子を回収する電極であり、いわゆるアノードとして機能するものである。また、本実施態様における電極33aは、処理槽2で処理された後の被処理水Wと接触するように第1のセル31a内に配置されている。 The electrode 33a is an electrode that recovers electrons from the reducing substance in the water W to be treated, and functions as a so-called anode. Further, the electrode 33a in the present embodiment is arranged in the first cell 31a so as to come into contact with the water to be treated W after being treated in the treatment tank 2.

電極33aとしては、アノードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極33aの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極33aにおける還元性物質の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極33aの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属(ステンレス、白金、銅等)が挙げられる。また、電極33aの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。 The electrode 33a may be any as long as it functions as an anode, and the material and shape are not particularly limited. The material and shape of the electrode 33a can be appropriately selected in consideration of the cost of material procurement and processing, the reaction efficiency of the reducing substance at the electrode 33a, and the like. Examples of the material of the electrode 33a include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) widely used as electrode materials in the electrochemical field. Examples of the shape of the electrode 33a include a flat plate shape, a rod shape, and a mesh shape.

本実施態様における電極33aは、電極表面に微生物を接触あるいは担持させるものではない。したがって、還元性物質の物質移動が微生物によって阻害されることがなく、電子供与体としての反応効率(電極33aに対する還元性物質の物質移動速度)を向上させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、本実施態様における電極33aは、微生物の代謝により生成した電子を回収するものではなく、還元性物質から直接電子を回収するものである。したがって、微生物の代謝が律速となることがなく、電子供与体としての反応効率(電極33aにおける電子の回収速度)が向上し、発電効率を向上させることができる。
The electrode 33a in this embodiment does not bring microorganisms into contact or support on the surface of the electrode. Therefore, the mass transfer of the reducing substance is not hindered by the microorganism, and the reaction efficiency as an electron donor (the mass transfer rate of the reducing substance with respect to the electrode 33a) can be improved, and the power generation efficiency can be improved. Can be done.
Further, the electrode 33a in the present embodiment does not recover the electrons generated by the metabolism of the microorganism, but directly recovers the electrons from the reducing substance. Therefore, the metabolism of microorganisms does not become rate-determining, the reaction efficiency as an electron donor (electron recovery rate at the electrode 33a) is improved, and the power generation efficiency can be improved.

さらに、本実施態様における電極33aは、電極33aの構造を微生物の保持に適したものとなるように加工する必要がなく、電極33a作成に係るコストを低減させることができる。また、電極33aに対する微生物の保持量や微生物による反応効率を鑑みて、電極33aを大型化する必要もないため、排水処理装置1に係る設備の小型化が可能となる。 Further, the electrode 33a in the present embodiment does not need to be processed so that the structure of the electrode 33a is suitable for retaining microorganisms, and the cost for producing the electrode 33a can be reduced. Further, in consideration of the amount of microorganisms retained on the electrode 33a and the reaction efficiency by the microorganisms, it is not necessary to increase the size of the electrode 33a, so that the equipment related to the wastewater treatment apparatus 1 can be miniaturized.

電極33bは、電極33aの対極であって、電子受容体へ電子を受け渡す電極であり、いわゆるカソードとして機能するものである。また、本実施態様における電極33bは、第2のセル31b内に配置されている。 The electrode 33b is the opposite electrode of the electrode 33a, is an electrode that transfers electrons to an electron acceptor, and functions as a so-called cathode. Further, the electrode 33b in this embodiment is arranged in the second cell 31b.

電極33bとしては、カソードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極33bの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極33bにおける電子受容体の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極33bの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属(ステンレス、白金、銅等)が挙げられる。また、電極33bの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。 The electrode 33b may be any as long as it functions as a cathode, and the material and shape are not particularly limited. The material and shape of the electrode 33b can be appropriately selected in consideration of the cost of material procurement and processing, the reaction efficiency of the electron acceptor at the electrode 33b, and the like. Examples of the material of the electrode 33b include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) widely used as electrode materials in the electrochemical field. Examples of the shape of the electrode 33b include a flat plate shape, a rod shape, and a mesh shape.

第2のセル31b内に供給される電子受容体が気体(空気)である場合、電極33bは、一方の面は気体と接するが、もう一方の面は被処理水Wと接する。このため、電極33bは、いわゆるエアカソードとして適した形態とすることが好ましい。エアカソードとして適した形態としては、例えば、気体透過性と不透水性の両方の性質を備えることが挙げられる。電極33bが気体透過性を備えた形態とすることにより、電子受容体である気体を電極33bで効果的に反応させることが可能となる。また、電極33bが不透水性を備えることにより、第1のセル31a内の被処理水Wが電極33bを透過し、第2のセル31b内に流入することを抑制することが可能となる。このような電極33bの具体例としては、炭素繊維からなるものや、金属メッシュ表面に対して気体透過性及び不透水性を有する材料の塗布あるいはフィルムの積層等の表面処理を行ったもの等が挙げられる。なお、ここでの不透水性とは、水を通さないことを指し、例えば、電極33bを防水化、撥水化、疎水化、あるいは止水化することについても、不透水性を備えることに含まれるものである。 When the electron acceptor supplied into the second cell 31b is a gas (air), one surface of the electrode 33b is in contact with the gas, but the other surface is in contact with the water W to be treated. Therefore, it is preferable that the electrode 33b has a form suitable as a so-called air cathode. Suitable forms for the air cathode include, for example, having both gas permeable and impermeable properties. By forming the electrode 33b so as to have gas permeability, it is possible to effectively react the gas, which is an electron acceptor, with the electrode 33b. Further, since the electrode 33b is impermeable to water, it is possible to prevent the water W to be treated in the first cell 31a from passing through the electrode 33b and flowing into the second cell 31b. Specific examples of such an electrode 33b include one made of carbon fiber, one coated with a material having gas permeability and impermeableness on the surface of a metal mesh, or one subjected to surface treatment such as laminating a film. Can be mentioned. The term "water impermeable" as used herein means that water does not pass through, and for example, the electrode 33b is also provided with impermeable property for making the electrode 33b waterproof, water repellent, hydrophobic, or watertight. It is included.

本実施態様における排水処理装置1Aは、被処理水W中の還元性物質を電子供与体として用い、電気化学反応(電極反応)により発電あるいは脱硫処理を行うものである。一般に、電気化学反応を行う場合、実際に電気化学反応を行う箇所(発電部3)以外へ電子が移動することで、電気化学反応の効率が低下するという問題が生じる。したがって、本実施態様における排水処理装置1Aは電気化学反応を行う箇所(発電部3)以外を絶縁処理することが好ましい。絶縁処理の具体例としては、例えば、処理槽2及び反応槽4を絶縁体の上部に設置することのほか、処理槽2及び反応槽4の外壁あるいは内壁を絶縁体で構成することや、処理槽2及び反応槽4の外壁あるいは内壁を絶縁材料でコーティングすることなどが挙げられる。また、導入配管L1、接続配管L2及び排出配管L3の絶縁処理としては、例えば、それぞれの配管を絶縁体からなるものとすることや、それぞれの配管に絶縁材料をコーティングすること等が挙げられる。 The wastewater treatment apparatus 1A in the present embodiment uses the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor, and performs power generation or desulfurization treatment by an electrochemical reaction (electrode reaction). Generally, when an electrochemical reaction is carried out, there arises a problem that the efficiency of the electrochemical reaction is lowered due to the movement of electrons to a place other than the place where the electrochemical reaction is actually carried out (power generation unit 3). Therefore, it is preferable that the wastewater treatment apparatus 1A in the present embodiment is insulated except for the portion where the electrochemical reaction is performed (power generation unit 3). Specific examples of the insulation treatment include, for example, installing the treatment tank 2 and the reaction tank 4 above the insulator, configuring the outer wall or the inner wall of the treatment tank 2 and the reaction tank 4 with an insulator, and treating. Examples thereof include coating the outer wall or inner wall of the tank 2 and the reaction tank 4 with an insulating material. Insulation treatment of the introduction pipe L1, the connection pipe L2, and the discharge pipe L3 includes, for example, making each pipe made of an insulator, coating each pipe with an insulating material, and the like.

上述した本実施態様における排水処理装置1Aにおいて、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電あるいは脱硫処理を行うことができる。
以下、排水処理装置1Aにおける発電及び脱硫処理について詳細に説明する。
In the wastewater treatment apparatus 1A according to the above-described embodiment, power generation or desulfurization treatment can be performed by a reaction using the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor.
Hereinafter, the power generation and desulfurization treatment in the wastewater treatment apparatus 1A will be described in detail.

(排水処理装置における発電及び脱硫処理)
図1に基づき、本発明の第1の実施態様の排水処理装置1Aにおける発電及び脱硫処理に係る反応及び工程を説明する。本実施態様の排水処理装置における発電に係る反応及び工程は、被処理水Wを嫌気処理することで生成した還元性物質を電子供与体として用い、空気(酸素)を電子受容体として用いるものについて説明するものである。特に、硫化水素を電子供与体として用いたものは、本実施態様の排水処理装置における脱硫処理に係る反応及び工程に相当するものである。
なお、図1に基づく反応及び工程に係る説明は、本実施態様における発電及び脱硫処理の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。また、以下の説明は、処理槽2から発電部3に係る反応及び工程について述べたものであり、その他の構成(導入配管L1、排出配管L3及び反応槽4など)に係る反応及び工程については説明を省略している。さらに、反応R1〜R4及び工程S1〜S3の表記については、説明のために番号を付したものであり、反応及び工程順序を特定するものではない。
(Power generation and desulfurization in wastewater treatment equipment)
Based on FIG. 1, a reaction and a process related to power generation and desulfurization treatment in the wastewater treatment apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention will be described. In the reaction and process related to power generation in the wastewater treatment apparatus of the present embodiment, the reducing substance produced by anaerobic treatment of the water to be treated W is used as an electron donor and air (oxygen) is used as an electron acceptor. It is to explain. In particular, those using hydrogen sulfide as an electron donor correspond to the reactions and steps related to the desulfurization treatment in the wastewater treatment apparatus of this embodiment.
The description of the reaction and the process based on FIG. 1 shows an example of power generation and desulfurization treatment in the present embodiment, and is not limited thereto. Further, the following description describes the reaction and process related to the processing tank 2 to the power generation unit 3, and describes the reaction and process related to other configurations (introduction pipe L1, discharge pipe L3, reaction tank 4, etc.). The explanation is omitted. Further, the notations of reactions R1 to R4 and steps S1 to S3 are numbered for the sake of explanation, and do not specify the reaction and the process sequence.

図1に示すように、処理槽2に導入された被処理水Wは、処理槽2内の嫌気性微生物(酸生成菌及びメタン生成菌)により嫌気処理される(工程S1)。このとき、メタンのほかに、還元性物質(水素、硫化水素、アンモニア等)が生成する。 As shown in FIG. 1, the water W to be treated introduced into the treatment tank 2 is anaerobically treated by anaerobic microorganisms (acid-producing bacteria and methanogens) in the treatment tank 2 (step S1). At this time, in addition to methane, reducing substances (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) are generated.

処理槽2で処理され、還元性物質を含む被処理水Wは、接続配管L2を介して発電部3における第1のセル31a内に導入される(工程S2)。ここで、還元性物質(水素、硫化水素、アンモニア等)が電極33aに接触することで、還元性物質が電子供与体として機能し、電極33aへ電子が供与される。このとき、電子供与体として機能する還元性物質として、硫化水素を例にとると、電極33aにおける反応(反応R1)は、以下の反応式(式1)で示される。
The water W to be treated, which has been treated in the treatment tank 2 and contains a reducing substance, is introduced into the first cell 31a in the power generation unit 3 via the connection pipe L2 (step S2). Here, when the reducing substance (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) comes into contact with the electrode 33a, the reducing substance functions as an electron donor, and electrons are donated to the electrode 33a. At this time, taking hydrogen sulfide as an example of the reducing substance that functions as an electron donor, the reaction (reaction R1) at the electrode 33a is represented by the following reaction formula (formula 1).

また、硫化水素の一部は硫化水素イオンとして反応する。このときの反応は、以下の反応式(式2)で示される。
In addition, part of hydrogen sulfide reacts as hydrogen sulfide ions. The reaction at this time is represented by the following reaction formula (formula 2).

式1及び式2で示されるように、反応R1において、処理槽2で処理された後の被処理水Wに含まれる硫化水素は電極33aに電子を供与するとともに、硫化水素自身は酸化処理されることで無害化、無臭化する。このため、本実施態様の排水処理装置は、発電とともに、脱硫処理・脱臭処理が可能となる。なお、硫化水素以外の有害物質・臭気物質である還元性物質(アンモニア等)についても、同様に電子供与体として機能し、反応が進行することで、無害化・無臭化が可能になる。 As shown in the formulas 1 and 2, in the reaction R1, the hydrogen sulfide contained in the water to be treated W after being treated in the treatment tank 2 donates electrons to the electrode 33a, and the hydrogen sulfide itself is oxidized. By doing so, it becomes harmless and odorless. Therefore, the wastewater treatment apparatus of the present embodiment can perform desulfurization treatment and deodorization treatment as well as power generation. Reducing substances (ammonia, etc.), which are harmful substances and odorous substances other than hydrogen sulfide, also function as electron donors, and the reaction proceeds to make them harmless and odorless.

式1及び式2に示された反応式に基づき、電極33aにおける反応が進行した後、電子は電極33aから導線を介して電極33bへ移動する(反応R2)。なお、このとき、電極33aにおける反応で生成した水素イオンは、イオン交換体32を介して第2のセル31b側へ移動する(反応R3)。 Based on the reaction formulas shown in Formulas 1 and 2, after the reaction at the electrode 33a proceeds, electrons move from the electrode 33a to the electrode 33b via the conducting wire (reaction R2). At this time, the hydrogen ions generated by the reaction at the electrode 33a move to the second cell 31b side via the ion exchanger 32 (reaction R3).

一方、第2のセル31bには、電子受容体供給口34aから電子受容体として空気(酸素)を導入する(工程S3)。ここで、反応R2により、電極33aから電極33bに移動した電子を、電極33bを介して電子受容体が受け取る。また、このとき、反応R3により、イオン交換体32を介して第2のセル31b側に移動した水素イオンも電子受容体(酸素)と反応する。このときの電極33bにおける反応(反応R4)は、以下の反応式(式3)で示される。
On the other hand, air (oxygen) is introduced into the second cell 31b as an electron acceptor from the electron acceptor supply port 34a (step S3). Here, the electron receptor moves through the electrode 33b to receive the electrons transferred from the electrode 33a to the electrode 33b by the reaction R2. At this time, the hydrogen ion that has moved to the second cell 31b side via the ion exchanger 32 also reacts with the electron acceptor (oxygen) by the reaction R3. The reaction (reaction R4) at the electrode 33b at this time is represented by the following reaction formula (formula 3).

上述した反応R1〜R4及び工程S1〜S3に基づき、電極33aと電極33bの間に電流が流れる。これにより、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応が進行し、本実施態様の排水処理装置1Aにおける発電及び脱硫処理が行われる。
また、発電により得られた電気エネルギーは、電極33a及び電極33bに接続した外部回路を通じて回収・利用することができる。なお、電気エネルギーの利用については、特に限定されない。例えば、排水処理装置の設備駆動に用いるものであってもよく、排水処理装置外で利用するものであってもよい。
Based on the above-mentioned reactions R1 to R4 and steps S1 to S3, a current flows between the electrodes 33a and 33b. As a result, the reaction using the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor proceeds, and the power generation and desulfurization treatment in the wastewater treatment apparatus 1A of the present embodiment are performed.
Further, the electric energy obtained by power generation can be recovered and used through an external circuit connected to the electrode 33a and the electrode 33b. The use of electrical energy is not particularly limited. For example, it may be used for driving the equipment of the wastewater treatment device, or may be used outside the wastewater treatment device.

以上のように、本実施態様の排水処理装置を用いることで、微生物による物質移動の阻害や、微生物の代謝速度に基づく律速段階がなく、発電効率や脱硫処理効率の向上が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することができる。さらに、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる As described above, by using the wastewater treatment apparatus of the present embodiment, it is possible to improve the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency without the inhibition of mass transfer by microorganisms and the rate-determining step based on the metabolic rate of microorganisms. In addition, the equipment can be downsized as compared with the power generation by the microbial fuel cell. Further, it is possible to carry out an efficient desulfurization treatment without separately providing equipment for the desulfurization treatment.

従来技術である微生物燃料電池を用いた発電においては、排水処理に必要な微生物の濃度を高めることで、電極への物質移動が微生物によって一層阻害されることになるため、排水処理効率と発電効率がトレードオフの関係となる問題が生じることが知られている。一方、本実施態様の排水処理装置及び発電方法は、排水処理と発電を分けて行うことができる。したがって、本実施態様の排水処理装置及び発電方法においては、排水処理効率と発電効率がトレードオフの関係とならず、効率的な発電が可能となる。 In power generation using a microbial fuel cell, which is a conventional technique, by increasing the concentration of microorganisms required for wastewater treatment, mass transfer to the electrodes is further hindered by the microorganisms, so that wastewater treatment efficiency and power generation efficiency Is known to cause problems that are in a trade-off relationship. On the other hand, in the wastewater treatment apparatus and the power generation method of the present embodiment, wastewater treatment and power generation can be performed separately. Therefore, in the wastewater treatment apparatus and the power generation method of the present embodiment, the wastewater treatment efficiency and the power generation efficiency do not have a trade-off relationship, and efficient power generation is possible.

なお、本実施態様における発電部3に係る構成は、本発明に係る発電装置あるいは脱硫処理装置として独立したものとすることができる。この発電装置あるいは脱硫処理装置は、既設の排水処理装置に適用することができる。これにより、排水処理装置全体を大規模に更新することなく、本発明の排水処理装置を提供することができる。また、この排水処理装置を用いた発電方法や脱硫方法を提供することができる。 The configuration of the power generation unit 3 in the present embodiment can be independent as the power generation device or desulfurization treatment device according to the present invention. This power generation device or desulfurization treatment device can be applied to an existing wastewater treatment device. Thereby, the wastewater treatment apparatus of the present invention can be provided without updating the entire wastewater treatment apparatus on a large scale. Further, it is possible to provide a power generation method and a desulfurization method using this wastewater treatment device.

〔第2の実施態様〕
図2は、本発明の第2の実施態様における排水処理装置を示す概略説明図である。また、図3は、本発明の第2の実施態様における排水処理装置の別態様を示す概略説明図である。
第2の実施態様に係る排水処理装置1Bは、処理槽2が、酸生成槽21とメタン発酵槽22からなるものである。また、発電部3が、処理槽2(酸生成槽21及びメタン発酵槽22)に設けられた循環流路上に設けられるものである。ここで、図2と図3に示す排水処理装置1Bは、それぞれ発電部3の設置箇所が異なるものを示している。なお、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a wastewater treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a schematic explanatory view showing another aspect of the wastewater treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In the wastewater treatment apparatus 1B according to the second embodiment, the treatment tank 2 includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22. Further, the power generation unit 3 is provided on the circulation flow path provided in the treatment tank 2 (acid generation tank 21 and methane fermentation tank 22). Here, the wastewater treatment devices 1B shown in FIGS. 2 and 3 show different installation locations of the power generation unit 3. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における排水処理装置1Bは、図2及び図3に示すように、処理槽2は、接続配管L4により接続された酸生成槽21とメタン発酵槽22からなり、循環配管L5により酸生成槽21とメタン発酵槽22間には循環流路が形成されており、また、循環配管L6によりメタン発酵槽22内における循環流路が形成されているものである。
なお、図2に示す排水処理装置1Bにおいては、発電部3が循環配管L5上に設けられている。一方、図3に示す排水処理装置1Bにおいては、発電部3が循環配管L6上に設けられている。
In the wastewater treatment apparatus 1B of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the treatment tank 2 includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22 connected by a connection pipe L4, and acid is generated by a circulation pipe L5. A circulation flow path is formed between the tank 21 and the methane fermentation tank 22, and a circulation flow path in the methane fermentation tank 22 is formed by the circulation pipe L6.
In the wastewater treatment device 1B shown in FIG. 2, the power generation unit 3 is provided on the circulation pipe L5. On the other hand, in the wastewater treatment device 1B shown in FIG. 3, the power generation unit 3 is provided on the circulation pipe L6.

本実施態様における処理槽2は、酸生成槽21及びメタン発酵槽22を備えるものである。また、酸生成槽21及びメタン発酵槽22は、内部に収容する微生物により、被処理水Wを嫌気処理するための反応槽である。なお、酸生成槽21及びメタン発酵槽22は、嫌気的条件の維持のために、天井を有し、閉じた空間を形成していることが好ましい。 The treatment tank 2 in this embodiment includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22. Further, the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22 are reaction tanks for anaerobically treating the water to be treated W by the microorganisms housed therein. The acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22 preferably have a ceiling and form a closed space in order to maintain anaerobic conditions.

酸生成槽21は、導入配管L1により導入される被処理水Wに対し、内部に収容する酸生成菌(主として嫌気性の酸生成菌)により、糖、蛋白質及び油分などの固体や高分子有機物を分解して、単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸を生成する酸生成処理を行うものである。酸生成槽21で処理された被処理水Wは、接続配管L4を介してメタン発酵槽22へ供給される。 The acid generation tank 21 is a solid or high molecular organic substance such as sugar, protein and oil due to the acid-producing bacteria (mainly anaerobic acid-producing bacteria) contained therein with respect to the water W to be treated introduced by the introduction pipe L1. Is decomposed to carry out an acid production treatment to produce monosaccharides, amino acids, lower fatty acids and acetic acid. The water to be treated W treated in the acid generation tank 21 is supplied to the methane fermentation tank 22 via the connecting pipe L4.

なお、酸生成槽21は、内部の水温調整手段、pH調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい(不図示)。 It should be noted that the acid generation tank 21 is provided with an internal water temperature adjusting means, a means for adding a pH adjusting agent, and a means for adding metals such as nitrogen, phosphorus, cobalt and nickel which are nutrient sources required by bacteria. May be (not shown).

メタン発酵槽22は、接続配管L4により供給される酸生成槽21で処理された被処理水Wに含まれる単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸等からメタンを生成するメタン発酵処理を行うものである。メタン発酵処理は、浮遊法、固定床法、流動床法、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)法、EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)法等により保持されたメタン生成菌により溶存酸素のない嫌気性雰囲気で行うものである。 The methane fermentation tank 22 performs a methane fermentation treatment that produces methane from monosaccharides, amino acids, lower fatty acids, acetic acid, etc. contained in the water to be treated W treated in the acid generation tank 21 supplied by the connecting pipe L4. is there. The methane fermentation treatment is performed in an anaerobic atmosphere without dissolved oxygen by methanogens retained by the floating method, fixed bed method, fluidized bed method, UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) method, EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) method, etc. It is what you do.

メタン発酵槽22には、嫌気処理に適した嫌気性菌が存在するグラニュール層が形成される。そして、酸生成槽21から被処理水Wがメタン発酵槽22内に導入されると、グラニュール層に含まれる嫌気性菌によってメタン発酵が行われる。その結果、メタン発酵槽22内では、メタン及び二酸化炭素を主成分とするガスが発生するとともに、還元性物質を含む被処理水Wを生成する。なお、メタン発酵槽22の内部には気固液分離手段であるセトラー23が設けられていてもよい。メタン発酵槽22内で発生したガスは槽外に放出又は回収される(不図示)。また、メタン発酵槽22で生成された被処理水Wは排出配管L7を介して処理系外に排出される。 In the methane fermentation tank 22, a granule layer in which anaerobic bacteria suitable for anaerobic treatment are present is formed. Then, when the water to be treated W is introduced into the methane fermentation tank 22 from the acid generation tank 21, methane fermentation is performed by the anaerobic bacteria contained in the granule layer. As a result, in the methane fermentation tank 22, a gas containing methane and carbon dioxide as main components is generated, and water W to be treated containing a reducing substance is generated. A settler 23, which is a gas-solid-liquid separation means, may be provided inside the methane fermentation tank 22. The gas generated in the methane fermentation tank 22 is released or recovered outside the tank (not shown). Further, the water to be treated W generated in the methane fermentation tank 22 is discharged to the outside of the treatment system via the discharge pipe L7.

なお、メタン発酵槽22は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、内部の水温調整手段、pH調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい(不図示)。 The methane fermentation tank 22 can be further provided with various incidental equipment. For example, it may be provided with an internal water temperature adjusting means, a means for adding a pH adjusting agent, and a means for adding metals such as nitrogen, phosphorus, cobalt and nickel which are nutrient sources required by bacteria (not shown). ..

メタン発酵槽22は、メタン発酵槽22内で発生したガスのうち、メタンガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備えるものとすることが好ましい。これにより、発電部3による発電以外に、被処理水Wから有用なエネルギー源であるメタンガスを回収して有効利用することが可能となる。
また、メタン発酵槽22は、メタン発酵槽22内で発生したガスのうち、二酸化炭素ガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備え、発電部3における電子受容体供給口34aから第2のセル31b内へ二酸化炭素ガスを導入可能な手段を備えるものとしてもよい。これにより、二酸化炭素ガスを電子受容体として有効利用することが可能となり、電子受容体の供給コストを低減させることが可能となる。
It is preferable that the methane fermentation tank 22 is provided with means for recovering, purifying and storing the methane gas among the gases generated in the methane fermentation tank 22. As a result, in addition to the power generation by the power generation unit 3, methane gas, which is a useful energy source, can be recovered from the water to be treated W and effectively used.
Further, the methane fermentation tank 22 is provided with means for recovering, purifying and storing carbon dioxide gas among the gases generated in the methane fermentation tank 22, and is a second cell from the electron acceptor supply port 34a in the power generation unit 3. A means capable of introducing carbon dioxide gas into 31b may be provided. As a result, carbon dioxide gas can be effectively used as an electron acceptor, and the supply cost of the electron acceptor can be reduced.

さらに、本実施態様におけるメタン発酵槽22は、循環配管L5及び/又は循環配管L6を備えている。循環配管L5は、メタン発酵槽22上部の被処理水Wを酸生成槽21に供給するものであり、酸生成槽21とメタン発酵槽22間の循環流路を形成するものである。また、循環配管L6は、メタン発酵槽22上部の被処理水Wをメタン発酵槽22下部に供給するものであり、メタン発酵槽22内における循環流路が形成されている。 Further, the methane fermentation tank 22 in this embodiment includes a circulation pipe L5 and / or a circulation pipe L6. The circulation pipe L5 supplies the water W to be treated at the upper part of the methane fermentation tank 22 to the acid generation tank 21, and forms a circulation flow path between the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22. Further, the circulation pipe L6 supplies the water W to be treated in the upper part of the methane fermentation tank 22 to the lower part of the methane fermentation tank 22, and a circulation flow path in the methane fermentation tank 22 is formed.

本実施態様における発電部3は、循環配管L5及び循環配管L6により形成される循環流路上に設けられるものである。 The power generation unit 3 in the present embodiment is provided on the circulation flow path formed by the circulation pipe L5 and the circulation pipe L6.

図2に示すように、循環配管L5上に発電部3を設けるものについては、メタン発酵槽22からの被処理水Wを第1のセル31aに供給し、電極33aにおける反応後の被処理水Wは、循環配管L5を介して、酸生成槽21に供給される。このとき、電極33aにおける反応後の被処理水Wは、式1や式2に示すように水素イオン濃度が上昇し、pHが酸性を示す溶液となる。一般に、酸生成槽21内の反応を好適に進行させるためには、酸生成槽21内のpHは酸性寄りにあることが好ましいことが知られている。したがって、発電部3から酸生成槽21に排出される被処理水Wは、酸生成槽21内の反応を好条件下で進行するためのpH調整剤として利用するものとしてもよい。また、酸生成槽21側の循環配管L5上に、バルブなどの流量調整機構や活性炭などの吸着処理手段を設けるものとしてもよい。これにより、発電部3から排出される被処理水Wが酸生成槽21内に流入することで酸生成槽21内のpH範囲が適切な範囲から外れる場合、被処理水W中の流入量を制御することや被処理水WのpHを制御することができ、酸生成槽21の反応に対する阻害を抑制することが可能となる。 As shown in FIG. 2, in the case where the power generation unit 3 is provided on the circulation pipe L5, the water to be treated W from the methane fermentation tank 22 is supplied to the first cell 31a, and the water to be treated after the reaction at the electrode 33a is provided. W is supplied to the acid generation tank 21 via the circulation pipe L5. At this time, the water W to be treated after the reaction at the electrode 33a becomes a solution having an increased hydrogen ion concentration and an acidic pH as shown in Formulas 1 and 2. In general, it is known that the pH in the acid generation tank 21 is preferably closer to acidity in order for the reaction in the acid generation tank 21 to proceed favorably. Therefore, the water W to be treated discharged from the power generation unit 3 to the acid generation tank 21 may be used as a pH adjuster for proceeding the reaction in the acid generation tank 21 under favorable conditions. Further, a flow rate adjusting mechanism such as a valve or an adsorption processing means such as activated carbon may be provided on the circulation pipe L5 on the acid generation tank 21 side. As a result, when the pH range in the acid generation tank 21 deviates from the appropriate range due to the inflow of the water to be treated W discharged from the power generation unit 3 into the acid generation tank 21, the inflow amount into the water to be treated W is increased. It is possible to control and control the pH of the water to be treated W, and it is possible to suppress inhibition of the reaction of the acid generation tank 21.

また、図3に示すように、循環配管L6上に発電部3を設けるものについては、メタン発酵槽22上部からの被処理水Wを第1のセル31aに供給し、電極33aにおける反応後の被処理水Wは、循環配管L6を介して、メタン発酵槽22下部に供給される。このとき、電極33aにおける反応後の被処理水Wは、式1や式2に示すように溶存する硫化水素の濃度が低下した溶液となる。メタン発酵槽22内のグラニュール層に含まれるメタン菌は、硫化水素により代謝を阻害されることが知られている。このため、発電部3からメタン発酵槽22下部に排出される被処理水Wは、メタン発酵を阻害することなくメタン発酵槽22内を循環することができるという効果を奏する。 Further, as shown in FIG. 3, in the case where the power generation unit 3 is provided on the circulation pipe L6, the water to be treated W from the upper part of the methane fermentation tank 22 is supplied to the first cell 31a, and after the reaction at the electrode 33a. The water to be treated W is supplied to the lower part of the methane fermentation tank 22 via the circulation pipe L6. At this time, the water W to be treated after the reaction at the electrode 33a becomes a solution in which the concentration of dissolved hydrogen sulfide is reduced as shown in the formulas 1 and 2. It is known that the metabolism of methane bacteria contained in the granule layer in the methane fermentation tank 22 is inhibited by hydrogen sulfide. Therefore, the water to be treated W discharged from the power generation unit 3 to the lower part of the methane fermentation tank 22 has an effect that it can be circulated in the methane fermentation tank 22 without inhibiting the methane fermentation.

以上のように、本実施態様における排水処理装置1Bは、処理槽2を酸生成槽21及びメタン発酵槽22とで構成することにより、それぞれの処理(酸生成処理及びメタン発酵)に適した条件下で排水処理を行うことができるため、排水処理効率をより向上させることができる。
また、本実施態様における排水処理装置1Bは、発電部3の設置箇所を処理槽2(酸生成槽21及びメタン発酵槽22)に設けられた循環流路上とすることにより、第1のセル31a側に供給された被処理水Wを、反応後、もう一度処理槽2(酸生成槽21又はメタン発酵槽22)に供給することになる。したがって、被処理水Wが繰り返し処理されることになるため、発電部3から排出される被処理水Wに対しても排水処理を向上させることが可能となる。また、このとき発電部3から排出される被処理水Wを処理槽2(酸生成槽21又はメタン発酵槽22)に再導入することで、処理槽2における反応を好条件下で進行させることを可能とするという効果も奏する。
As described above, in the wastewater treatment apparatus 1B in the present embodiment, the treatment tank 2 is composed of the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22, so that the conditions suitable for each treatment (acid generation treatment and methane fermentation) are suitable. Since the wastewater treatment can be performed below, the wastewater treatment efficiency can be further improved.
Further, in the wastewater treatment device 1B in the present embodiment, the installation location of the power generation unit 3 is set on the circulation flow path provided in the treatment tank 2 (acid generation tank 21 and methane fermentation tank 22), so that the first cell 31a After the reaction, the water to be treated W supplied to the side is supplied to the treatment tank 2 (acid generation tank 21 or methane fermentation tank 22) again. Therefore, since the water to be treated W is repeatedly treated, it is possible to improve the wastewater treatment with respect to the water to be treated W discharged from the power generation unit 3. Further, by reintroducing the water to be treated W discharged from the power generation unit 3 into the treatment tank 2 (acid generation tank 21 or methane fermentation tank 22) at this time, the reaction in the treatment tank 2 can proceed under favorable conditions. It also has the effect of making it possible.

本実施態様における発電部3は、メタン発酵槽22上部の被処理水Wを循環する循環流路上に設けるものであるため、循環流路内の被処理水W中に存在する微生物量は比較的少ないものと推測される。したがって、発電部3における反応に対し、微生物による影響を抑制し、発電効率を向上させることができる。 Since the power generation unit 3 in the present embodiment is provided on the circulation flow path that circulates the water to be treated W in the upper part of the methane fermentation tank 22, the amount of microorganisms present in the water to be treated W in the circulation flow path is relatively large. It is presumed that there are few. Therefore, it is possible to suppress the influence of microorganisms on the reaction in the power generation unit 3 and improve the power generation efficiency.

なお、本実施態様の排水処理装置1Bにおいて、排出配管L7を介して排出された被処理水Wは、河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出配管L7の後段に、第1の実施態様に示した反応槽4を設けるものとしてもよい。これにより、反応槽4による処理を経ることで更に被処理水Wに対する処理効率を向上させ、排水処理装置1Bから被処理水Wを系外に放出することが可能となる。 In the wastewater treatment device 1B of the present embodiment, the water to be treated W discharged through the discharge pipe L7 can be discharged as it is as long as it satisfies the water quality that can be discharged to a river or the like. is there. Further, the reaction tank 4 shown in the first embodiment may be provided after the discharge pipe L7. As a result, the treatment efficiency for the water to be treated W can be further improved by undergoing the treatment by the reaction tank 4, and the water to be treated W can be discharged from the wastewater treatment device 1B to the outside of the system.

また、本実施態様の排水処理装置1Bにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the wastewater treatment apparatus 1B of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same steps as in the first embodiment.

〔第3の実施態様〕
図4は、本発明の第3の実施態様における排水処理装置を示す概略説明図である。
第3の実施態様に係る排水処理装置1Cは、図4に示すように、第1の実施態様に係る排水処理装置1Aにおいて、反応槽4を曝気槽41とし、曝気槽41と発電部の第2のセル31に設けられた電子受容体供給口34aとを接続配管L8で接続するものである。なお、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a wastewater treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention.
In the wastewater treatment device 1C according to the third embodiment, as shown in FIG. 4, in the wastewater treatment device 1A according to the first embodiment, the reaction tank 4 is an aeration tank 41, and the aeration tank 41 and the power generation unit are the first. The electron acceptor supply port 34a provided in the cell 31 of 2 is connected by the connection pipe L8. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における排水処理装置1Cは、曝気槽41内の処理水W1を発電部3に供給して、発電部3における電子受容体として用いるものである。なお、接続配管L8により発電部3に供給されるもの以外の処理水W1については、系外へ排出する。 The wastewater treatment device 1C in the present embodiment supplies the treated water W1 in the aeration tank 41 to the power generation unit 3 and uses it as an electron acceptor in the power generation unit 3. The treated water W1 other than that supplied to the power generation unit 3 by the connection pipe L8 is discharged to the outside of the system.

曝気槽41は、曝気装置42により、槽内に導入された被処理水Wに対し、酸素を含む気体(酸素、空気など)の曝気を行い、好気性微生物による好気処理や溶存酸素による酸化反応を進行させるものである。
本実施態様における曝気槽41は、図4に示すように、発電部3の第1のセル31aから排出された被処理水Wが導入され、導入された被処理水Wに対して曝気を行うものに限定されない。曝気槽41の他の例としては、例えば、処理槽2から直接被処理水Wを導入し、曝気を行うもの等が挙げられる。
In the aeration tank 41, the aeration device 42 aerates the water W to be treated introduced into the tank with a gas containing oxygen (oxygen, air, etc.), and aerobic treatment by aerobic microorganisms or oxidation by dissolved oxygen. It promotes the reaction.
As shown in FIG. 4, the aeration tank 41 in the present embodiment introduces the water to be treated W discharged from the first cell 31a of the power generation unit 3 and aerates the introduced water W to be treated. Not limited to things. As another example of the aeration tank 41, for example, the one in which the water to be treated W is directly introduced from the treatment tank 2 to perform aeration can be mentioned.

曝気装置42は、酸素を含む気体を曝気槽41内の被処理水Wに供給することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、曝気処理において広く用いられているものとして、ブロワーと曝気管の組み合わせからなるもの等が挙げられる。 The aeration device 42 is not particularly limited as long as it can supply a gas containing oxygen to the water to be treated W in the aeration tank 41. For example, those widely used in aeration treatment include those composed of a combination of a blower and an aeration tube.

曝気槽41内には、曝気装置42により酸素を含む気体が導入されるため、曝気槽41内の処理水W1は、溶存酸素を含む液体となっている。したがって、接続配管L8を介して発電部3の第2のセル31b内に導入した処理水W1は、発電部3における電子受容体となる。これにより、排水処理装置1C内における処理工程で発生するものを有効活用した発電を行うことができる。 Since a gas containing oxygen is introduced into the aeration tank 41 by the aeration device 42, the treated water W1 in the aeration tank 41 is a liquid containing dissolved oxygen. Therefore, the treated water W1 introduced into the second cell 31b of the power generation unit 3 via the connection pipe L8 becomes an electron acceptor in the power generation unit 3. As a result, it is possible to generate electricity by effectively utilizing what is generated in the treatment process in the wastewater treatment device 1C.

発電部3において電子受容体として用いられた後の処理水W1は、電子受容体排出口34bから排出される。このとき、排出された処理水W1は河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出された処理水Wを曝気槽41に返送し、再度曝気処理を行うものとしてもよい。これにより、系外へ放流する処理水W1の水質制御をより確実に行うことが可能となる。 The treated water W1 after being used as an electron acceptor in the power generation unit 3 is discharged from the electron acceptor discharge port 34b. At this time, the discharged treated water W1 can be discharged as it is as long as it satisfies the water quality that can be discharged into a river or the like. Further, the discharged treated water W may be returned to the aeration tank 41 and the aeration treatment may be performed again. This makes it possible to more reliably control the water quality of the treated water W1 discharged to the outside of the system.

以上のように、本実施態様における排水処理装置1Cは、排水処理装置1C内で進行する処理工程で生じたものを、発電部3における電子供与体及び電子受容体として利用することができ、特に発電に係るランニングコストを低減させることが可能となる。 As described above, the wastewater treatment apparatus 1C in the present embodiment can utilize what is generated in the treatment step proceeding in the wastewater treatment apparatus 1C as an electron donor and an electron acceptor in the power generation unit 3, and in particular. It is possible to reduce the running cost related to power generation.

また、本実施態様の排水処理装置1Cにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the wastewater treatment apparatus 1C of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same steps as in the first embodiment.

〔第4の実施態様〕
図5は、本発明の第4の実施態様における排水処理装置を示す概略説明図である。また、図6及び図7は、本発明の第4の実施態様における排水処理装置の別の態様を示す概略説明図である。
第4の実施態様に係る排水処理装置1Dは、図5〜図7に示すように、第1の実施態様に係る排水処理装置1Aにおいて、第1のセル31aから排出される被処理水Wを絶縁するための絶縁機構5を設けるものである。なお、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図5〜図7においては、排水処理装置1Dの発電部3周辺に係る拡大説明図であり、処理槽2及び反応槽4に係る構成については図示を省略している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a wastewater treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 6 and 7 are schematic explanatory views showing another aspect of the wastewater treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 5 to 7, the wastewater treatment apparatus 1D according to the fourth embodiment receives the treated water W discharged from the first cell 31a in the wastewater treatment apparatus 1A according to the first embodiment. An insulation mechanism 5 for insulating is provided. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted. Further, in FIGS. 5 to 7, it is an enlarged explanatory view of the vicinity of the power generation unit 3 of the wastewater treatment device 1D, and the configuration of the treatment tank 2 and the reaction tank 4 is not shown.

上述したように、電気化学反応(電極反応)を行う場合、電気化学反応を行う箇所(発電部3)以外を絶縁することが好ましい。
本実施態様における排水処理装置1Dは、被処理水Wを絶縁する絶縁機構5を設けるものである。これにより、発電部3で生成した電子が電極33a及び電極33bの間以外に流れることを防ぎ、電極反応効率を向上させるものである。また、この結果、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。なお、本実施態様における排水処理装置1Dは、第1の実施態様に示したような排水処理装置を構成する構造物(処理槽や配管)に係る絶縁を併せて行うものとしてもよい。これにより、より一層の絶縁効果を得ることができ、発電部3における発電効率を向上させることが可能となる。
As described above, when the electrochemical reaction (electrode reaction) is carried out, it is preferable to insulate the parts other than the part where the electrochemical reaction is carried out (power generation unit 3).
The wastewater treatment device 1D in the present embodiment is provided with an insulation mechanism 5 that insulates the water to be treated W. As a result, the electrons generated by the power generation unit 3 are prevented from flowing except between the electrodes 33a and 33b, and the electrode reaction efficiency is improved. As a result, the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency can be improved. The wastewater treatment device 1D in the present embodiment may also insulate the structures (treatment tanks and pipes) constituting the wastewater treatment device as shown in the first embodiment. As a result, a further insulating effect can be obtained, and the power generation efficiency in the power generation unit 3 can be improved.

絶縁機構5は、被処理水Wを絶縁することができるものであればよく、特に限定されない。絶縁機構5による被処理水Wの絶縁手段としては、例えば、発電部3の電極33aと被処理水Wとの電気的な接触(液絡)の解消あるいは液絡時間の短縮が挙げられる。このような液絡解消手段又は液絡時間の短縮手段の例としては、被処理水Wの流れを不連続(断続的)とする手段や、被処理水Wに空気などの絶縁体を介在させる手段、あるいはこれらの手段を組み合わせるもの等が挙げられる。 The insulation mechanism 5 is not particularly limited as long as it can insulate the water W to be treated. Examples of the means for insulating the water to be treated W by the insulating mechanism 5 include eliminating the electrical contact (liquid entanglement) between the electrode 33a of the power generation unit 3 and the water to be treated W (liquid entanglement) or shortening the liquid entanglement time. Examples of such a liquid entanglement eliminating means or a means for shortening the liquid entanglement time include a means for discontinuous (intermittent) flow of the water to be treated W and an insulator such as air to be interposed in the water to be treated W. Means, or a combination of these means, and the like can be mentioned.

図5は、本実施態様における排水処理装置1Dの絶縁機構5を示す概略説明図である。
図5に示すように、本実施態様における絶縁機構5は、貯留槽51と、被処理水Wを貯留槽51内に散水する散水手段52を備えている。
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing the insulation mechanism 5 of the wastewater treatment device 1D in the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the insulation mechanism 5 in the present embodiment includes a storage tank 51 and a watering means 52 for sprinkling the water to be treated W into the storage tank 51.

貯留槽51は、発電部3から排出配管L3を介して排出された被処理水Wを貯留するものである。貯留槽51は、被処理水Wを貯留可能な槽であればよく、特に限定されない。なお、貯留槽51内に存在する空気が被処理水Wに対する絶縁体として機能するため、貯留槽51内における水位が最大(満水状態)とならないよう、貯留槽51内の水位の調節を行うことが好ましい。これにより、被処理水Wの絶縁効果をより一層高めることが可能となる。 The storage tank 51 stores the water to be treated W discharged from the power generation unit 3 via the discharge pipe L3. The storage tank 51 is not particularly limited as long as it can store the water to be treated W. Since the air existing in the storage tank 51 functions as an insulator against the water to be treated W, the water level in the storage tank 51 should be adjusted so that the water level in the storage tank 51 does not reach the maximum (full state). Is preferable. This makes it possible to further enhance the insulating effect of the water to be treated W.

散水手段52は、被処理水Wを水滴状にして放出するものである。散水手段52によって放出された被処理水Wの水滴間には、貯留槽51内の空気が絶縁体として介在するため、液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となるものである。
なお、散水手段52としては、被処理水Wを水滴状にすることができるものであればよく、特に限定されない。散水手段52の具体的な例としては、例えば、図5に示すように、排出配管L3の排出口に接続し、かつシャワーヘッドのように複数の孔を有する構造物を設けることが挙げられる。また、散水手段52の他の例としては、排出配管L3の排出口に対向し、かつ所定距離だけ離間した平皿状の構造物を貯留槽51内に設けることなどが挙げられる。
The watering means 52 discharges the water to be treated W in the form of water droplets. Since the air in the storage tank 51 is interposed as an insulator between the water droplets of the water to be treated W discharged by the water sprinkling means 52, it is possible to eliminate the liquid entanglement or shorten the liquid entanglement time.
The watering means 52 is not particularly limited as long as it can form the water W to be treated into water droplets. As a specific example of the water sprinkling means 52, for example, as shown in FIG. 5, a structure connected to the discharge port of the discharge pipe L3 and having a plurality of holes such as a shower head may be provided. Further, as another example of the water sprinkling means 52, a flat plate-shaped structure facing the discharge port of the discharge pipe L3 and separated by a predetermined distance may be provided in the storage tank 51.

図6は、本実施態様における排水処理装置1Dの絶縁機構5の別態様を示す概略説明図である。
図6に示すように、本実施態様における絶縁機構5は、貯留槽53と、被処理水Wを貯留槽53内の被処理水Wを断続的に放出する放水手段54を備えている。
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing another aspect of the insulation mechanism 5 of the wastewater treatment device 1D in the present embodiment.
As shown in FIG. 6, the insulation mechanism 5 in the present embodiment includes a storage tank 53 and a water discharge means 54 that intermittently discharges the water to be treated W in the storage tank 53.

貯留槽53は、発電部3から排出配管L3を介して排出された被処理水Wを貯留するものである。貯留槽53は、被処理水Wを貯留可能な槽であればよく、特に限定されない。
放水手段54は、貯留槽53内の被処理水Wを断続的に放出することができるものであればよく、特に限定されない。放水手段54としては、貯留槽53から被処理水Wを放出する放水配管L9に電磁弁54aを設け、電磁弁54aを定期的に開閉することが挙げられる。これにより、貯留槽53から放水配管Lを介して放出される被処理水Wの流れが断続的となるため、被処理水Wの液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となるものである。
The storage tank 53 stores the water to be treated W discharged from the power generation unit 3 via the discharge pipe L3. The storage tank 53 is not particularly limited as long as it can store the water to be treated W.
The water discharge means 54 is not particularly limited as long as it can intermittently discharge the water to be treated W in the storage tank 53. As the water discharge means 54, an electromagnetic valve 54a is provided in the water discharge pipe L9 that discharges the water to be treated W from the storage tank 53, and the solenoid valve 54a is periodically opened and closed. As a result, the flow of the water to be treated W discharged from the storage tank 53 through the water discharge pipe L becomes intermittent, so that it is possible to eliminate the liquid entanglement of the water to be treated W or shorten the liquid entanglement time. is there.

図7は、本実施態様における排水処理装置1Dの絶縁機構5の別態様を示す概略説明図である。
図7に示すように、本実施態様における絶縁機構5は、排出配管L3上に、排出配管L3の管径の一部を狭くするための管径縮小手段55と、管径縮小手段55の上流側から排出配管L3内に気体を供給する気体供給手段56を備えている。
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing another aspect of the insulation mechanism 5 of the wastewater treatment device 1D in the present embodiment.
As shown in FIG. 7, the insulation mechanism 5 in the present embodiment has a pipe diameter reducing means 55 for narrowing a part of the pipe diameter of the discharge pipe L3 and an upstream of the pipe diameter reducing means 55 on the discharge pipe L3. A gas supply means 56 for supplying gas into the discharge pipe L3 from the side is provided.

管径縮小手段55は、排出配管L3の管径を一部狭くすることができるものであればよく、特に限定されない。管径縮小手段55としては、例えば、排出配管L3内に管径を狭くする構造物を設けるもの、排出配管L3の外側から構造物を挿入するもの、排出配管L3の外側から押圧することで排出配管L3自体を変形させること等が挙げられる。
気体供給手段56は、管径縮小手段55の上流側から排出配管L3内に気体を供給することができるものであればよく、特に限定されない。気体供給手段56としては、空気に圧力をかけて送風するポンプ等を用い、排出配管L3内に空気を供給するものが挙げられる。なお、気体供給手段56により供給する気体は、空気に限定されるものではない。例えば、空気以外に、処理槽2で発生するバイオガスやバイオガス燃焼後の排出ガスを用いることが挙げられる。
The pipe diameter reducing means 55 is not particularly limited as long as it can partially reduce the pipe diameter of the discharge pipe L3. Examples of the pipe diameter reducing means 55 include a structure in which a structure for narrowing the pipe diameter is provided in the discharge pipe L3, a structure in which the structure is inserted from the outside of the discharge pipe L3, and a discharge by pressing from the outside of the discharge pipe L3. Deformation of the pipe L3 itself and the like can be mentioned.
The gas supply means 56 is not particularly limited as long as it can supply gas into the discharge pipe L3 from the upstream side of the pipe diameter reducing means 55. Examples of the gas supply means 56 include those that supply air into the discharge pipe L3 by using a pump or the like that applies pressure to the air to blow air. The gas supplied by the gas supply means 56 is not limited to air. For example, in addition to air, biogas generated in the treatment tank 2 and exhaust gas after combustion of the biogas may be used.

気体供給手段56により、管径縮小手段55の上流側から気体(空気)を供給することで、管径縮小手段55により狭くなった箇所では断続的に気体のみが流入し、排出配管L3内の被処理水Wの流れを不連続とすることが可能となる。これにより、排出配管L3内の被処理水Wの液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となるものである。 By supplying gas (air) from the upstream side of the pipe diameter reducing means 55 by the gas supply means 56, only the gas intermittently flows into the portion narrowed by the pipe diameter reducing means 55, and only the gas flows in intermittently in the discharge pipe L3. It is possible to make the flow of the water W to be treated discontinuous. This makes it possible to eliminate the liquid entanglement of the water to be treated W in the discharge pipe L3 or shorten the liquid entanglement time.

以上のように、本実施態様における排水処理装置1Dは、被処理水Wを絶縁する絶縁機構5を設けることで、発電部3と被処理水Wにおける液絡解消あるいは液絡時間の短縮が可能となる。これにより、発電部3で生成した電子が電極33a及び電極33bの間以外に流れて電気化学反応(電極反応)効率が低下することを防ぎ、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。 As described above, the wastewater treatment device 1D in the present embodiment can eliminate the liquid entanglement or shorten the liquid entanglement time between the power generation unit 3 and the water to be treated W by providing the insulation mechanism 5 that insulates the water to be treated W. It becomes. As a result, it is possible to prevent the electrons generated in the power generation unit 3 from flowing outside between the electrodes 33a and 33b and lower the electrochemical reaction (electrode reaction) efficiency, and improve the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、本実施態様の排水処理装置1Dにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the wastewater treatment apparatus 1D of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same steps as in the first embodiment.

〔第5の実施態様〕
図8は、本発明の第5の実施態様における排水処理装置を示す概略説明図である。
第5の実施態様に係る排水処理装置1Eは、図8に示すように、第2の実施態様に係る排水処理装置1Bにおいて、メタン発酵槽22と発電部3の間にpH制御手段6を設けるものである。なお、本実施態様における排水処理装置1Eとしては、図3に示した排水処理装置1Bと同様の構成を有するものを示しており、第2の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing a wastewater treatment apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 8, the wastewater treatment apparatus 1E according to the fifth embodiment provides the pH control means 6 between the methane fermentation tank 22 and the power generation unit 3 in the wastewater treatment apparatus 1B according to the second embodiment. It is a thing. The wastewater treatment device 1E in the present embodiment is shown to have the same configuration as the wastewater treatment device 1B shown in FIG. 3, and the description of the same as the configuration of the second embodiment is omitted. To do.

上述したように、メタン発酵槽22においては、酸生成槽21から酸性寄りの被処理水Wが導入され、メタン発酵処理が進行する。このとき、メタン発酵槽22内では、メタン発酵処理の進行に伴い、還元性物質である硫化水素が発生する。
一方、硫化水素はpHに応じて溶液中への溶解度が変化し、pH6以上のアルカリ寄りとすることで溶解度が高まり、溶液外への硫化水素の放出が抑制されることが知られている。
したがって、被処理水WのpHを調整することで、還元性物質(特に硫化水素)の溶解度を変化させ、被処理水W中の還元性物質を被処理水W中に溶存させることが可能となる。
As described above, in the methane fermentation tank 22, the acid-oriented water to be treated W is introduced from the acid generation tank 21, and the methane fermentation treatment proceeds. At this time, hydrogen sulfide, which is a reducing substance, is generated in the methane fermentation tank 22 as the methane fermentation process progresses.
On the other hand, it is known that the solubility of hydrogen sulfide in a solution changes according to the pH, and the solubility is increased by making the pH 6 or higher closer to alkali, and the release of hydrogen sulfide to the outside of the solution is suppressed.
Therefore, by adjusting the pH of the water to be treated W, the solubility of the reducing substance (particularly hydrogen sulfide) can be changed, and the reducing substance in the water to be treated W can be dissolved in the water to be treated W. Become.

本実施態様における排水処理装置1Eでは、pH制御手段6を設けることによりメタン発酵処理後の被処理水WのpHを調整し、硫化水素のガス化を抑制して、被処理水W中に硫化水素を溶存させることが可能となる。これにより、被処理水W中における還元性物質の量を増加させ、反応に供する電子供与体の量を増加させることで、発電部3における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。 In the wastewater treatment apparatus 1E of the present embodiment, the pH of the water to be treated W after the methane fermentation treatment is adjusted by providing the pH control means 6, the gasification of hydrogen sulfide is suppressed, and the water to be treated is sulfided. It becomes possible to dissolve hydrogen. As a result, the amount of the reducing substance in the water to be treated W is increased, and the amount of the electron donor to be subjected to the reaction is increased, so that the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency in the power generation unit 3 can be improved.

pH制御手段6は、被処理水WのpHを調整し、被処理水W中の還元性物質を被処理水W中に溶存させることができるものであればよく、特に限定されない。
pH制御手段6としては、図8に示すように、pH調整剤を貯留する貯留部61と、pH調整剤を被処理水W中に添加する添加部62と、pH検出部63とを備えるものが挙げられる。
The pH control means 6 is not particularly limited as long as it can adjust the pH of the water to be treated W and dissolve the reducing substance in the water to be treated W in the water to be treated W.
As shown in FIG. 8, the pH control means 6 includes a storage unit 61 for storing the pH adjuster, an addition unit 62 for adding the pH adjuster to the water to be treated W, and a pH detection unit 63. Can be mentioned.

貯留部61は、pH調整剤を貯留することができるものであればよく、特に限定されない。また、貯留部61内に貯留するpH調整剤についても特に限定されず、還元性物質の溶解度のpH依存性に応じ、pH調整剤の種類を選択することが好ましい。例えば、還元性物質が硫化水素である場合、硫化水素の溶解度を高めるために、被処理水WのpHをアルカリ寄りにするようなpH調整剤を用いることが挙げられる。より具体的には、pH調整剤として、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムのような水酸化物を用いることが挙げられる。また、pH調整剤としては、塩酸や硫酸などの酸を用いるものとしてもよい。 The storage unit 61 is not particularly limited as long as it can store the pH adjuster. Further, the pH adjusting agent stored in the storage unit 61 is not particularly limited, and it is preferable to select the type of the pH adjusting agent according to the pH dependence of the solubility of the reducing substance. For example, when the reducing substance is hydrogen sulfide, a pH adjusting agent that makes the pH of the water to be treated W closer to alkaline may be used in order to increase the solubility of hydrogen sulfide. More specifically, as the pH adjuster, hydroxides such as sodium hydroxide and calcium hydroxide may be used. Further, as the pH adjuster, an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid may be used.

添加部62は、貯留部61内のpH調整剤を被処理水W中に添加するためのものである。また、本実施態様における添加部62は、図8に示すように、循環配管L6上に設けられている。
本実施態様における添加部62としては、循環配管L6内の被処理水W中にpH調整剤を添加することができる構造を有するものであればよく、特に限定されない。例えば、循環配管L6と貯留部61とを接続し、流量調整機能を備える配管からなるものなどが挙げられる。
The addition unit 62 is for adding the pH adjuster in the storage unit 61 to the water to be treated W. Further, as shown in FIG. 8, the addition portion 62 in this embodiment is provided on the circulation pipe L6.
The addition unit 62 in the present embodiment is not particularly limited as long as it has a structure capable of adding a pH adjuster to the water to be treated W in the circulation pipe L6. For example, a pipe that connects the circulation pipe L6 and the storage unit 61 and has a flow rate adjusting function may be mentioned.

添加部62の配置位置は特に限定されないが、被処理水WのpHを調整し、還元性物質の溶解度を適切に制御することができる箇所を選択することが好ましい。例えば、図8に示すように、発電部3からメタン発酵槽22側に被処理水Wを循環する循環配管L6上に添加部62を設けることが挙げられる。このとき、循環配管L6は、メタン発酵槽22の中段部に接続する。これにより、メタン発酵槽22の下部では、酸性寄りの環境下でメタン発酵処理が進行する一方、添加部62によって添加されたpH調整剤が循環配管L6を介してメタン発酵槽22の中段部に導入されることにより、メタン発酵槽22の上部における被処理水WのpHをアルカリ寄りとし、メタン発酵槽22内で発生した硫化水素をより一層確実に被処理水W中に溶存させた状態で、発電部3に導入することが可能となる。 The arrangement position of the addition portion 62 is not particularly limited, but it is preferable to select a location where the pH of the water to be treated W can be adjusted and the solubility of the reducing substance can be appropriately controlled. For example, as shown in FIG. 8, the addition unit 62 may be provided on the circulation pipe L6 that circulates the water to be treated W from the power generation unit 3 to the methane fermentation tank 22 side. At this time, the circulation pipe L6 is connected to the middle stage of the methane fermentation tank 22. As a result, in the lower part of the methane fermentation tank 22, the methane fermentation treatment proceeds in an environment closer to acidity, while the pH adjuster added by the addition part 62 is transferred to the middle part of the methane fermentation tank 22 via the circulation pipe L6. By introducing the methane fermentation tank 22, the pH of the water to be treated W in the upper part of the methane fermentation tank 22 becomes closer to alkaline, and the hydrogen sulfide generated in the methane fermentation tank 22 is more reliably dissolved in the water to be treated W. , Can be introduced into the power generation unit 3.

また、図8に示すように、メタン発酵槽22から発電部3側に被処理水Wを循環する循環配管L6上にpH検出部63を設け、pH検出部63の検出結果に応じ、添加部62から添加するpH調整剤の量を制御することが好ましい。これにより、被処理水WのpH調整が容易になるとともに、適切なタイミングで行うことが可能となる。この結果、発電部3に導入する被処理水W中における還元性物質の量を増加させ、反応に供する電子供与体の量を増加させることで、発電部3における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
なお、pH検出部63の検出結果に応じた添加部62の制御手段は特に限定されない。例えば、pH検出部63の検出結果を作業員が目視で確認し、その結果に応じて添加部62を手動で作動させることや、pH検出部63と添加部62を制御可能に接続し、被処理水WのpH検出とpH調整剤の添加を自動化することなどが挙げられる。
Further, as shown in FIG. 8, a pH detection unit 63 is provided on the circulation pipe L6 that circulates the water to be treated W from the methane fermentation tank 22 to the power generation unit 3 side, and an addition unit is provided according to the detection result of the pH detection unit 63. It is preferable to control the amount of the pH adjuster added from 62. As a result, the pH of the water to be treated W can be easily adjusted, and the pH can be adjusted at an appropriate timing. As a result, the amount of the reducing substance in the water to be treated W introduced into the power generation unit 3 is increased, and the amount of the electron donor to be subjected to the reaction is increased, thereby increasing the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency in the power generation unit 3. It becomes possible.
The control means of the addition unit 62 according to the detection result of the pH detection unit 63 is not particularly limited. For example, the operator visually confirms the detection result of the pH detection unit 63 and manually operates the addition unit 62 according to the result, or the pH detection unit 63 and the addition unit 62 are connected in a controllable manner to be covered. Examples include automating the pH detection of the treated water W and the addition of a pH adjuster.

pH調整手段6を設ける排水処理装置1Eの構造は、図3に示した排水処理装置1Bの構造に限定されるものではない。pH調整手段6を設ける排水処理装置1Eの他の例としては、例えば、図1に示した排水処理装置1Aの接続配管L2上や、図2に示した排水処理装置1Bの循環配管L5上に、添加部62を配置することが挙げられる。これにより、処理槽2(メタン発酵槽22)から発電部3に導入する被処理水WのpHを調整し、発電部3に導入する還元性物質の量を増加させることが可能となる。 The structure of the wastewater treatment device 1E provided with the pH adjusting means 6 is not limited to the structure of the wastewater treatment device 1B shown in FIG. As another example of the wastewater treatment device 1E provided with the pH adjusting means 6, for example, on the connection pipe L2 of the wastewater treatment device 1A shown in FIG. 1 or on the circulation pipe L5 of the wastewater treatment device 1B shown in FIG. , The addition part 62 may be arranged. This makes it possible to adjust the pH of the water to be treated W introduced from the treatment tank 2 (methane fermentation tank 22) into the power generation unit 3 and increase the amount of the reducing substance introduced into the power generation unit 3.

以上のように、本実施態様における排水処理装置1Eは、被処理水中の還元性物質を、被処理水中に溶存させるためのpH制御手段を設けることで、pHに応じて被処理水中への溶解度が変わる還元性物質を、被処理水中により多く留めることが可能となり、電子供与体として反応に供する還元性物質の量を増加させることができる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。 As described above, the wastewater treatment apparatus 1E in the present embodiment is provided with a pH control means for dissolving the reducing substance in the water to be treated, so that the solubility in the water to be treated is determined according to the pH. It is possible to retain more reducing substances in the water to be treated, and it is possible to increase the amount of reducing substances to be subjected to the reaction as an electron donor. This makes it possible to increase the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、本実施態様の排水処理装置1Eにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the wastewater treatment apparatus 1E of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same steps as in the first embodiment.

〔第6の実施態様〕
図9は、本発明の第6の実施態様における排水処理装置を示す概略説明図である。また、図10及び図11は、本発明の第6の実施態様における排水処理装置の別の態様を示す概略説明図である。
第6の実施態様に係る排水処理装置1Fは、図9〜図11に示すように、第2の実施態様に係る排水処理装置1Bにおいて、温度制御手段7を設けるものである。なお、本実施態様における排水処理装置1Fとしては、図3に示した排水処理装置1Bと同様の構成を有するものを示しており、第2の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 9 is a schematic explanatory view showing a wastewater treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 10 and 11 are schematic explanatory views showing another aspect of the wastewater treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 9 to 11, the wastewater treatment apparatus 1F according to the sixth embodiment is provided with the temperature control means 7 in the wastewater treatment apparatus 1B according to the second embodiment. The wastewater treatment device 1F in the present embodiment has the same configuration as the wastewater treatment device 1B shown in FIG. 3, and the description of the same configuration as that in the second embodiment will be omitted. To do.

上述したように、発電部3においては被処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応が進行している。また、一般的に、電極反応では、温度が高くなることで物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じることが知られている。
したがって、排水処理装置1F内において電極反応に関する温度を制御することで、電極反応の効率を向上させ、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
As described above, in the power generation unit 3, an electrode reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor is proceeding. Further, in general, it is known that in the electrode reaction, the mass transfer rate and the reaction efficiency are improved by increasing the temperature.
Therefore, by controlling the temperature related to the electrode reaction in the wastewater treatment apparatus 1F, the efficiency of the electrode reaction can be improved, and the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency can be improved.

本実施態様における排水処理装置1Fでは、温度制御手段7を設けることにより発電部3に係る温度の調整を可能とする。これにより、還元性物質を電子供与体とする反応の効率を高め、発電部3における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。 In the wastewater treatment device 1F in the present embodiment, the temperature of the power generation unit 3 can be adjusted by providing the temperature control means 7. This makes it possible to increase the efficiency of the reaction using the reducing substance as the electron donor, and to increase the power generation efficiency and desulfurization treatment efficiency in the power generation unit 3.

温度制御手段7は、発電部3に係る温度の調整を行うことができるものであればよく、特に限定されない。例えば、発電部3自体の温度調整を行うことや、発電部3に導入する溶液(被処理水W等)の温度調整を行うことなどが挙げられる。
また、温度制御手段7としては、熱源に係る設備を新設したり、排水処理装置1F外から熱源を持ち込んだりしてもよいが、排水処理装置1F内にある熱源を利用することがより好ましい。これにより、排水処理装置1Fに係る設備のイニシャルコストやランニングコストを低減させることが可能となる。
The temperature control means 7 is not particularly limited as long as it can adjust the temperature of the power generation unit 3. For example, the temperature of the power generation unit 3 itself may be adjusted, or the temperature of the solution (water to be treated W or the like) to be introduced into the power generation unit 3 may be adjusted.
Further, as the temperature control means 7, equipment related to the heat source may be newly installed, or the heat source may be brought in from outside the wastewater treatment device 1F, but it is more preferable to use the heat source inside the wastewater treatment device 1F. This makes it possible to reduce the initial cost and running cost of the equipment related to the wastewater treatment device 1F.

本実施態様における温度制御手段7としては、メタン発酵槽22におけるメタン発酵処理を進行させるために設けられている既設の熱交換設備71を利用することが挙げられる。例えば、図9に示すように、既設の熱交換設備71の近傍に発電部3を設け、発電部3のセル(第1のセル31a及び第2のセル31b)と電極(電極33a及び電極33b)、並びに循環配管L6及び電子受容体供給口34aに対し、既設の熱交換設備71からの熱が供給されるように配置することで、発電部3自体並びに発電部3に導入する被処理水W及び電子受容体を加温することが挙げられる。これにより、温度制御に係る設備を新設することなく、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応を行う箇所及び反応に用いる物質について、温度を制御することが可能となる。 As the temperature control means 7 in this embodiment, it is possible to use the existing heat exchange facility 71 provided for advancing the methane fermentation process in the methane fermentation tank 22. For example, as shown in FIG. 9, a power generation unit 3 is provided in the vicinity of the existing heat exchange facility 71, and the cells (first cell 31a and second cell 31b) and electrodes (electrodes 33a and electrodes 33b) of the power generation unit 3 are provided. ), And the water to be treated to be introduced into the power generation unit 3 itself and the power generation unit 3 by arranging the circulation pipe L6 and the electron acceptor supply port 34a so that the heat from the existing heat exchange facility 71 is supplied. Heating W and electron acceptors can be mentioned. This makes it possible to control the temperature of the location where the reaction using the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor and the substance used for the reaction, without newly installing equipment related to temperature control.

温度制御手段7の他の例としては、図10に示すように、既設の熱交換設備71と発電部3とを接続する配管72、73を設け、配管72、73内を空気や水等の熱媒体が移動することで、既設の熱交換設備71からの熱を発電部3に供給することが挙げられる。これにより、発電部3の温度制御を行い、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応を行う箇所について、温度を制御することが可能となる。なお、配管72、73と発電部3の接続手段については特に限定されない。例えば、配管72、73が発電部3全体を囲むように配置されることや、配管72、73が発電部3の構成部材(電極33a及び電極33b、あるいは第1のセル31a、第2のセル31b)のいずれか一つに対して接するように配置されることなどが挙げられる。
また、温度制御手段7の他の例としては、図11に示すように、既設の熱交換設備71と循環配管L6を接続する配管74、75を設け、配管74、75内を空気や水等の熱媒体が移動することで、既設の熱交換設備71からの熱を循環配管L6内の被処理水Wに供給することが挙げられる。これにより、発電部3に導入する被処理水Wの温度制御を行い、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質(還元性物質)について、温度を制御することが可能となる。さらに、配管74、75が接続する箇所として、循環配管L6に代えて、電子受容体供給口34aとすることが挙げられる。これにより、既設の熱交換設備71からの熱を電子受容体に供給し、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質(電子受容体)について、温度を制御することが可能となる。
なお、図10及び図11に示す温度制御手段7は、それぞれ単独で設けるものとしてもよく、複数を組み合わせるものとしてもよい。温度制御手段7による温度制御効率や設備に係るコストを鑑み、適宜選択することが可能である。
As another example of the temperature control means 7, as shown in FIG. 10, pipes 72 and 73 for connecting the existing heat exchange equipment 71 and the power generation unit 3 are provided, and the inside of the pipes 72 and 73 is filled with air, water, or the like. The movement of the heat medium may supply heat from the existing heat exchange facility 71 to the power generation unit 3. This makes it possible to control the temperature of the power generation unit 3 and control the temperature of the portion of the water to be treated W where the reducing substance is used as the electron donor. The connection means between the pipes 72 and 73 and the power generation unit 3 is not particularly limited. For example, the pipes 72 and 73 are arranged so as to surround the entire power generation unit 3, and the pipes 72 and 73 are constituent members of the power generation unit 3 (electrodes 33a and electrodes 33b, or first cells 31a and second cells. It may be arranged so as to be in contact with any one of 31b).
Further, as another example of the temperature control means 7, as shown in FIG. 11, pipes 74 and 75 for connecting the existing heat exchange equipment 71 and the circulation pipe L6 are provided, and air, water, etc. are provided in the pipes 74 and 75. By moving the heat medium of the above, the heat from the existing heat exchange facility 71 can be supplied to the water to be treated W in the circulation pipe L6. As a result, the temperature of the water to be treated W to be introduced into the power generation unit 3 is controlled, and the temperature of the substance (reducing substance) used for the reaction using the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor is controlled. Is possible. Further, as a place where the pipes 74 and 75 are connected, an electron acceptor supply port 34a may be used instead of the circulation pipe L6. As a result, the temperature of the substance (electron acceptor) used for the reaction in which the heat from the existing heat exchange facility 71 is supplied to the electron acceptor and the reducing substance in the water to be treated W is used as the electron donor is controlled. It becomes possible.
The temperature control means 7 shown in FIGS. 10 and 11 may be provided individually or in combination of two or more. It can be appropriately selected in consideration of the temperature control efficiency by the temperature control means 7 and the cost related to the equipment.

さらに、温度制御手段7の他の例としては、既設の熱交換設備71に代えて、メタン発酵槽22から発生するメタンを用いたガス発電における排熱を用いることが挙げられる。より具体的には、この排熱を用いて加温された空気や水等の熱媒体を、配管を通して発電部3や循環配管L6等に接触させ、熱を供給することで、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めるとともに、メタンガス発電に係る排熱の有効利用が可能となる。 Further, as another example of the temperature control means 7, instead of the existing heat exchange facility 71, exhaust heat in gas power generation using methane generated from the methane fermentation tank 22 may be used. More specifically, the water to be treated W is supplied with heat by bringing a heat medium such as air or water heated using this exhaust heat into contact with the power generation unit 3 or the circulation pipe L6 or the like through a pipe. It becomes possible to control the temperature related to the reaction using the reducing substance inside as an electron donor. As a result, power generation efficiency and desulfurization treatment efficiency can be improved, and waste heat related to methane gas power generation can be effectively used.

温度制御手段7を設ける排水処理装置1Fの構造は、図3に示した排水処理装置1Bの構造に限定されるものではない。温度制御手段7を設ける排水処理装置1Fの他の例としては、例えば、図1に示した排水処理装置1Aにおいて被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に関するもの(発電部3、接続配管L2など)や、図2に示した排水処理装置1Bにおいて被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に関するもの(発電部3、循環配管L5など)に対して、既設の熱交換設備71からの熱を供給できる構造とすることが挙げられる。これにより、被処理水W中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度を制御し、反応に係る物質移動速度の向上や反応効率の向上が可能となる。 The structure of the wastewater treatment device 1F provided with the temperature control means 7 is not limited to the structure of the wastewater treatment device 1B shown in FIG. As another example of the wastewater treatment device 1F provided with the temperature control means 7, for example, in the wastewater treatment device 1A shown in FIG. 1, the reaction in which the reducing substance in the water to be treated W is used as an electron donor (power generation unit). 3. Connection pipe L2, etc.) and wastewater treatment equipment 1B shown in FIG. 2 for reactions (power generation unit 3, circulation pipe L5, etc.) that use a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. A structure capable of supplying heat from the existing heat exchange facility 71 can be mentioned. As a result, the temperature related to the reaction in which the reducing substance in the water to be treated W is used as the electron donor can be controlled, and the mass transfer rate related to the reaction and the reaction efficiency can be improved.

以上のように、本実施態様における排水処理装置1Fは、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度制御手段を設けることで、還元性物質を電子供与体とする反応について、物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じるように、温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。 As described above, the wastewater treatment apparatus 1F in the present embodiment provides a temperature control means for the reaction in which the reducing substance in the water to be treated is the electron donor, so that the reaction in which the reducing substance is the electron donor can be carried out. It is possible to control the temperature so that the transfer rate of the substance is improved and the reaction efficiency is improved. This makes it possible to increase the power generation efficiency and the desulfurization treatment efficiency.

また、本実施態様の排水処理装置1Fにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the wastewater treatment apparatus 1F of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same steps as in the first embodiment.

なお、上述した実施態様は、排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法の一例を示すものである。本発明に係る排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る排水処理装置、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を変形してもよい。 The above-described embodiment shows an example of a wastewater treatment device, a power generation device, a desulfurization treatment device, a power generation method, and a desulfurization method. The wastewater treatment device, the power generation device, the desulfurization treatment device, the power generation method, and the desulfurization method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments can be applied to the above-described embodiments without changing the gist described in the claims. Such wastewater treatment equipment, power generation equipment, desulfurization treatment equipment, power generation method and desulfurization method may be modified.

例えば、被処理水W中にあらかじめ還元性物質が含まれる場合、本実施態様における排水処理装置は、発電部3を処理槽2の前段に設けるものとしてもよい。これにより、発電部3による発電とともに、被処理水W中の還元性物質を低減させる前処理を行うことが可能となる。
また、本実施態様における排水処理装置は、複数の発電部(発電装置)を備えるものとしてもよい。例えば、第1の実施態様に示した発電部と、第2の実施態様に示した発電部の両方を備えること等が挙げられる。これにより、排水処理装置内での処理を有効活用した発電を複数箇所で行うことが可能となるとともに、排水処理効率と発電効率の両方を向上させることが可能となる。
For example, when the water to be treated W contains a reducing substance in advance, the wastewater treatment apparatus in this embodiment may be provided with the power generation unit 3 in front of the treatment tank 2. As a result, along with the power generation by the power generation unit 3, pretreatment for reducing the reducing substances in the water to be treated W can be performed.
Further, the wastewater treatment device in this embodiment may include a plurality of power generation units (power generation devices). For example, both the power generation unit shown in the first embodiment and the power generation unit shown in the second embodiment may be provided. As a result, it becomes possible to perform power generation at a plurality of locations by effectively utilizing the treatment in the wastewater treatment apparatus, and it is possible to improve both the wastewater treatment efficiency and the power generation efficiency.

また、例えば、本実施態様における排水処理装置は、発電部3として、処理槽2(メタン発酵槽22)内のセトラー23部分に電極33a及び電極33bを設けるものとしてもよい。なお、セトラー23近傍に電極33a及び電極33bを設けるものであってもよく、セトラー23そのものを電極33a及び電極33bとして利用するものであってもよい。これにより、発電部3が処理槽2内に組み込まれる形となるため、設備のより一層の小型化が可能となる。 Further, for example, the wastewater treatment apparatus in the present embodiment may be provided with electrodes 33a and 33b in the settler 23 portion in the treatment tank 2 (methane fermentation tank 22) as the power generation unit 3. The electrode 33a and the electrode 33b may be provided in the vicinity of the settler 23, or the settler 23 itself may be used as the electrode 33a and the electrode 33b. As a result, the power generation unit 3 is incorporated in the processing tank 2, so that the equipment can be further miniaturized.

また、例えば、本実施態様における排水処理装置は、電極33bを曝気槽41内に設け、曝気槽41が発電部3の第2のセル31bとして機能するものとしてもよい。これにより、発電部3と反応槽4(曝気槽41)を一体化し、設備のより一層の小型化が可能となる。 Further, for example, in the wastewater treatment device of the present embodiment, the electrode 33b may be provided in the aeration tank 41, and the aeration tank 41 may function as the second cell 31b of the power generation unit 3. As a result, the power generation unit 3 and the reaction tank 4 (aeration tank 41) are integrated, and the equipment can be further miniaturized.

また、例えば、本実施態様における排水処理装置は、電極33a及び電極33bに対して微生物の付着、堆積を防ぐような手段を設けるものとしてもよい。このような手段としては、例えば、電極表面を微生物の付着を防ぐ材質でコーティングすることや、電極の構造そのものが微生物の付着を困難にするような形状となっているものとすること等が挙げられる。これにより、発電部3の第1のセル31a及び第2のセル31b内に微生物が流入した際においても、電極33a及び電極33bでの電極反応に対する微生物による阻害を抑制することが可能となる。 Further, for example, the wastewater treatment apparatus in the present embodiment may be provided with means for preventing the adhesion and accumulation of microorganisms on the electrodes 33a and 33b. Examples of such means include coating the surface of the electrode with a material that prevents the adhesion of microorganisms, and making the electrode structure itself a shape that makes it difficult for microorganisms to adhere. Be done. As a result, even when microorganisms flow into the first cell 31a and the second cell 31b of the power generation unit 3, it is possible to suppress the inhibition by the microorganisms to the electrode reaction at the electrodes 33a and 33b.

さらに、例えば、本実施態様における排水処理装置は、一部の構造を省略し、装置構成をより簡略化するものとしてもよい。
省略可能な構造としては、例えば、イオン交換体32が挙げられる。これにより、発電部3(発電装置・脱硫処理装置)の簡略化が可能となるとともに、メンテナンス作業が容易となる。
また、省略可能な構造の他の例としては、第2のセル31bにおける電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bが挙げられる。これにより、発電部3(発電装置・脱硫処理装置)をより簡略化することが可能となる。このとき、電極33bの一面が被処理水W又はイオン交換体32に接触し、もう一方の面が全体的に外気(空気)に直接接触する構造とすること等が挙げられる。さらに、外気側の電極33b表面に交換又は洗浄容易な通気性素材を設けることが好ましい。これにより、塵などの固体不純物が電極33b表面に付着することを抑制することができる。
Further, for example, the wastewater treatment apparatus in the present embodiment may omit a part of the structure to further simplify the apparatus configuration.
Examples of the structure that can be omitted include an ion exchanger 32. This makes it possible to simplify the power generation unit 3 (power generation device / desulfurization treatment device) and facilitate maintenance work.
Further, as another example of the structure that can be omitted, the electron receptor supply port 34a and the electron receptor discharge port 34b in the second cell 31b can be mentioned. This makes it possible to further simplify the power generation unit 3 (power generation device / desulfurization treatment device). At this time, one surface of the electrode 33b may be in contact with the water to be treated W or the ion exchanger 32, and the other surface may be in direct contact with the outside air (air) as a whole. Further, it is preferable to provide a breathable material that can be easily replaced or washed on the surface of the electrode 33b on the outside air side. As a result, it is possible to prevent solid impurities such as dust from adhering to the surface of the electrode 33b.

本発明の排水処理装置、発電方法及び脱硫方法は、還元性物質を含む被処理水を処理する排水処理や、被処理水を処理することにより還元性物質が発生する排水処理において好適に利用されるものである。 The wastewater treatment apparatus, power generation method and desulfurization method of the present invention are suitably used in wastewater treatment for treating water to be treated containing a reducing substance and wastewater treatment in which a reducing substance is generated by treating the water to be treated. It is a thing.

本発明の発電装置は、既設の排水処理装置に適用することにより、排水処理装置全体を大規模に更新することなく、本発明の排水処理装置及び発電方法を提供することができる。
また、本発明の脱硫処理装置は、既設の排水処理装置に適用することにより、排水処理装置全体を大規模に更新することなく、本発明の排水処理装置及び脱硫方法を提供することができる。
By applying the power generation device of the present invention to an existing wastewater treatment device, it is possible to provide the wastewater treatment device and the power generation method of the present invention without updating the entire wastewater treatment device on a large scale.
Further, by applying the desulfurization treatment apparatus of the present invention to an existing wastewater treatment apparatus, it is possible to provide the wastewater treatment apparatus and the desulfurization method of the present invention without updating the entire wastewater treatment apparatus on a large scale.

1A,1B,1C,1D,1E,1F 排水処理装置、2 処理槽、21 酸生成槽、22 メタン発酵槽、23 セトラー、3 発電部、31a 第1のセル、31b 第2のセル、32 イオン交換体、33a,33b 電極、34a 電子受容体供給口、34b 電子受容体排出口、4 反応槽、41 曝気槽、42 曝気装置、5 絶縁機構、51,53 貯留槽、52 散水手段、54 放水手段、54a 電磁弁、55 管径縮小手段、56 気体供給手段、6 pH調整手段、61 貯留部、62 添加部、63 pH検出部、7 温度制御手段、71 既設の熱交換設備、72〜75 配管、L1 導入配管、L2 接続配管、L3,L7 排出配管、L4,L8 接続配管、L5,L6 循環配管、L9 放水配管、W 被処理水、W1 処理水 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Wastewater treatment equipment, 2 treatment tanks, 21 acid generation tanks, 22 methane fermentation tanks, 23 settler, 3 power generation units, 31a first cell, 31b second cell, 32 ions Exchanger, 33a, 33b electrode, 34a electron acceptor supply port, 34b electron acceptor outlet, 4 reaction tank, 41 aeration tank, 42 aeration device, 5 insulation mechanism, 51, 53 storage tank, 52 sprinkling means, 54 water discharge Means, 54a electromagnetic valve, 55 pipe diameter reduction means, 56 gas supply means, 6 pH adjusting means, 61 storage section, 62 addition section, 63 pH detection section, 7 temperature control means, 71 existing heat exchange equipment, 72 to 75 Piping, L1 introduction piping, L2 connection piping, L3, L7 discharge piping, L4, L8 connection piping, L5, L6 circulation piping, L9 water discharge piping, W treated water, W1 treated water

Claims (11)

被処理水を処理する排水処理装置であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電を行うことを特徴とする、排水処理装置。
A wastewater treatment device that treats water to be treated.
A wastewater treatment apparatus characterized in that power is generated by a reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor.
被処理水を処理する排水処理装置であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応により脱硫処理を行うことを特徴とする、排水処理装置。
A wastewater treatment device that treats water to be treated.
A wastewater treatment apparatus characterized in that desulfurization treatment is performed by a reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor.
前記被処理水中に電極を設置し、発電を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の排水処理装置。 The wastewater treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein an electrode is installed in the water to be treated to generate electricity. 前記電極間にイオン交換体を配置することを特徴とする、請求項3に記載の排水処理装置。 The wastewater treatment apparatus according to claim 3, wherein an ion exchanger is arranged between the electrodes. 前記被処理水の処理を行う処理槽と、前記処理槽の後段に発電部とを設け、
前記処理槽により処理された後の被処理水中の還元性物質を、前記発電部に導入し、発電を行うことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排水処理装置。
A treatment tank for treating the water to be treated and a power generation unit are provided after the treatment tank.
The wastewater treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a reducing substance in the water to be treated after being treated by the treatment tank is introduced into the power generation unit to generate power. ..
前記被処理水中の還元性物質を、前記被処理水中に溶存させるためのpH制御手段を設けることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排水処理装置。 The wastewater treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a pH control means for dissolving the reducing substance in the water to be treated is provided. 前記被処理水中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度制御手段を設けることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排水処理装置。 The wastewater treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a temperature control means for a reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor is provided. 被処理水を処理する排水処理装置に設ける発電装置であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体として発電を行うことを特徴とする、発電装置。
It is a power generation device installed in a wastewater treatment device that treats water to be treated.
A power generation device characterized in that power is generated using the reducing substance in the water to be treated as an electron donor.
被処理水を処理する排水処理装置に設ける脱硫処理装置であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供することを特徴とする、脱硫処理装置。
A desulfurization treatment device installed in a wastewater treatment device that treats water to be treated.
A desulfurization treatment apparatus, characterized in that the reducing substance in the water to be treated is subjected to a desulfurization treatment as an electron donor.
被処理水を処理する排水処理における発電方法であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体として発電を行う工程を備えることを特徴とする、発電方法。
It is a power generation method in wastewater treatment that treats water to be treated.
A power generation method comprising a step of generating power using the reducing substance in the water to be treated as an electron donor.
被処理水を処理する排水処理における脱硫方法であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供する工程を備えることを特徴とする、脱硫方法。

A desulfurization method for wastewater treatment that treats water to be treated.
A desulfurization method comprising a step of subjecting a reducing substance in the water to be treated to a desulfurization treatment as an electron donor.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074769A1 (en) * 2021-11-01 2023-05-04 住友重機械工業株式会社 Gas processing device, gas processing method, and methane fermentation system

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