JP2023120730A - Power generator and power generation method - Google Patents

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達則 清川
Tatsunori Kiyokawa
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Abstract

To provide a power generator capable of being used as a stable power supply source in the recovery and utilization of energy by electrode reaction using treated water after anaerobic treatment, and provide a power generation method.SOLUTION: There is provided a power generator which includes: a power generation unit that generates power through an electrode reaction using reducing substances in the treated water after anaerobic treatment as electron donors; and a control unit that controls the power generation unit to maintain the power generation output within the specified range. A power generation method using the power generator is also provided. With this, constant electrical energy can be obtained regardless of the properties of the treated water by maintaining the power generation output within the specified range. Accordingly, the power generator can be used as a stable power supply source.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、発電装置及び発電方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、嫌気処理後の処理水を用いた発電装置及び発電方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power generation device and a power generation method. More specifically, the present invention relates to a power generator and power generation method using treated water after anaerobic 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過程で発生した生成物を利用する技術も様々検討されている。例えば、嫌気処理により発生した生成物を利用す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。 Biological treatment using various microorganisms is generally known as a method for treating waste water containing organic matter. In particular, biological treatment in an anaerobic environment (hereafter referred to as "anaerobic treatment") is widely used due to its advantages such as no need for aeration power and almost no excess sludge. . In addition, various techniques using products generated in the process of wastewater treatment by anaerobic treatment are being studied. For example, as one of techniques for using products generated by anaerobic treatment, it is known to use biogas such as methane generated by anaerobic treatment as fuel to generate power.

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 technology for generating electric power using oxidation-reduction reactions by microorganisms. A microbial fuel cell obtains electrical energy using the metabolic capacity of microorganisms. More specifically, a microbial fuel cell has a structure in which electrons generated in the process of oxidative decomposition of substrates such as organic substances by microorganisms are collected on the anode side and transferred to the cathode side to obtain current. 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 microorganisms that can grow under anaerobic conditions and an organic substance, and the other electrode is used as a cathode to create a structural void. A power generator is described which is formed of a material having a contact with air and which is electrically connected to the anode and the cathode to form a closed circuit. Patent document 1 also describes attaching microorganisms to the anode surface. Furthermore, Patent Document 1 also describes a power generation method in which this power generation device advances an oxidation reaction by microorganisms using an organic substance as an electron donor at the anode and a reduction reaction using oxygen as an electron acceptor at the cathode. It is

特開2004-342412号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-342412

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 is a major issue for practical use. This is presumed to be due to the fact that since the microorganisms are brought into direct contact with or supported on the electrode, the transfer of substances to the electrode is inhibited by the microorganisms, and the metabolic rate of the microorganisms is rate-limiting.

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。 Moreover, in recent years, in order to suppress the equipment driving power at the time of wastewater treatment and to achieve excellent energy saving, there is a demand for a technology that can efficiently recover and use energy as a technology accompanying wastewater treatment. As one of such technologies, a technology related to simultaneously performing wastewater treatment and power generation by applying a microbial fuel cell to wastewater treatment is being studied. There is a problem that is difficult.

排水処理においてエネルギーを簡便かつ効率的に回収する技術としては、排水処理工程上に電極を設け、電極反応により直接電気エネルギーを回収することが考えられる。本発明者らは、特に、嫌気処理に伴い発生する還元性物質(主に硫化水素)を電子供与体として用いることにより、電極反応によるエネルギー回収(発電)が可能となることを既に見出している。 As a technique for simply and efficiently recovering energy in wastewater treatment, it is conceivable to install electrodes on the wastewater treatment process and directly recover electrical energy through electrode reactions. In particular, the present inventors have already found that energy recovery (power generation) through electrode reactions becomes possible by using reducing substances (mainly hydrogen sulfide) generated during anaerobic treatment as electron donors. .

一方、本発明者らは、検討を重ねる中で、嫌気処理工程上に電極を設けて電極反応を行う際、嫌気処理状況に応じて嫌気処理後の処理水の性状が変動すると、発電出力にも影響し、回収したエネルギー(電力)を安定して利用することが困難であるという課題があることを見出した。 On the other hand, in the course of repeated studies, the present inventors found that when an electrode is provided on the anaerobic treatment process and an electrode reaction is performed, if the properties of the treated water after anaerobic treatment fluctuate depending on the anaerobic treatment status, the power output will be affected. Also, it has been found that there is a problem that it is difficult to stably use the recovered energy (electric power).

本発明の課題は、嫌気処理後の処理水を用いた電極反応によるエネルギーの回収・利用において、安定した電力供給源としての利用を可能とする発電装置及び発電方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power generator and a power generation method that can be used as a stable power supply source in the recovery and utilization of energy by electrode reaction using treated water after anaerobic treatment.

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、嫌気処理後の処理水を用いた電極反応による発電出力を所定の範囲内に維持する制御を行うことで、発生させたエネルギーの安定した供給・利用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、以下の発電装置及び発電方法である。
As a result of intensive studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found that stable supply of the generated energy is achieved by controlling the power generation output by the electrode reaction using the treated water after anaerobic treatment within a predetermined range.・The present invention was completed after discovering that it could be used.
That is, the present invention is the following power generator and power generation method.

上記課題を解決するための本発明の発電装置は、嫌気処理後の処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応により発電を行う発電部と、発電部における発電出力を所定の範囲内で維持するように制御する制御部と、を備えるという特徴を有する。
本発明の発電装置は、嫌気処理後の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、微生物燃料電池による発電と比べて効率的な発電が可能となる。また、発電出力を所定範囲内に維持することで、処理水の性状によらず一定の電気エネルギーを得ることができ、安定した電力供給源として利用することが可能となる。
The power generator of the present invention for solving the above problems is a power generation unit that generates power by an electrode reaction using a reducing substance in the treated water after anaerobic treatment as an electron donor, and a power generation output in the power generation unit within a predetermined range. and a control unit that controls to maintain at
The power generation device of the present invention generates power by directly using the reducing substance contained in the treated water after anaerobic treatment as an electron donor, so that there is no inhibition of substance transfer by microorganisms. Efficient power generation is possible compared to power generation. In addition, by maintaining the power generation output within a predetermined range, constant electrical energy can be obtained regardless of the properties of the treated water, and it becomes possible to use the water as a stable power supply source.

また、本発明の発電装置の一実施態様としては、制御部は、発電部に供給する処理水の流量を制御するという特徴を有する。
発明者らは、検討を重ねる中で、嫌気処理後の処理水を用いた電極反応による発電において、処理水の流量が発電出力に影響することを見出した。
したがって、この特徴によれば、発電部に供給する処理水の流量を制御することで、発電出力を所定範囲内に維持することが容易となる。
Moreover, as one embodiment of the power generator of the present invention, the control section has a feature of controlling the flow rate of the treated water supplied to the power generation section.
In the course of repeated studies, the inventors found that the flow rate of treated water affects the power output in power generation by electrode reaction using treated water after anaerobic treatment.
Therefore, according to this feature, by controlling the flow rate of the treated water supplied to the power generation unit, it becomes easy to maintain the power generation output within a predetermined range.

また、本発明の発電装置の一実施態様としては、制御部は、嫌気処理後の処理水中の還元性物質濃度を制御するという特徴を有する。
発明者らは、検討を重ねる中で、嫌気処理後の処理水を用いた電極反応による発電において、処理水中の還元性物質濃度が発電出力に影響することを見出した。
したがって、この特徴によれば、発電部に供給する処理水中の還元性物質濃度を制御することで、発電出力を所定範囲内に維持することが容易となる。
Moreover, as one embodiment of the power generator of the present invention, the control unit has a feature of controlling the concentration of reducing substances in the treated water after the anaerobic treatment.
In the course of repeated investigations, the inventors discovered that the concentration of reducing substances in the treated water affects the power output in power generation by electrode reaction using treated water after anaerobic treatment.
Therefore, according to this feature, it becomes easy to maintain the power generation output within a predetermined range by controlling the reducing substance concentration in the treated water supplied to the power generation unit.

また、本発明の発電装置の一実施態様としては、嫌気処理後の処理水の一部を発電部に供給する分岐路を備えるという特徴を有する。
嫌気処理後の処理水に対し、更に別の処理が必要となる場合、嫌気処理後の処理水を後段処理に円滑に供給することと、発電装置での発電出力を一定にするために処理水の流量等を制御することを両立させることが困難となる場合がある。
一方、この特徴によれば、嫌気処理後の処理水全てを発電部に供給するのではなく、処理水の一部を発電部に供給することで、嫌気処理後の処理水を後段処理に円滑に供給するとともに、発電装置における発電出力の制御を容易とすることが可能となる。
Moreover, as one embodiment of the power generator of the present invention, it has a feature of providing a branch passage for supplying part of the treated water after anaerobic treatment to the power generation unit.
When further treatment is required for the treated water after anaerobic treatment, treated water is used to smoothly supply the treated water after anaerobic treatment to post-treatment and to stabilize the power output of the power generation device. It may be difficult to simultaneously control the flow rate of
On the other hand, according to this feature, not all the treated water after anaerobic treatment is supplied to the power generation unit, but a part of the treated water is supplied to the power generation unit, so that the treated water after anaerobic treatment can be smoothly applied to the post-treatment. It is possible to easily control the power generation output of the power generation device.

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、嫌気処理後の処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応により発電を行う発電ステップと、発電ステップにおける発電出力を所定の範囲内で維持するように制御する制御ステップと、を備えるという特徴を有する。
本発明の発電方法は、嫌気処理後の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、微生物燃料電池による発電と比べて効率的な発電が可能となる。また、発電出力を所定範囲内に維持することで、処理水の性状によらず一定の電力を得ることができ、安定した電力供給を行うことが可能となる。
Further, as a power generation method of the present invention for solving the above problems, a power generation step of generating power by an electrode reaction using a reducing substance in the treated water after anaerobic treatment as an electron donor, and a power generation output in the power generation step and a control step for controlling to maintain within the range of
In the power generation method of the present invention, the reducing substance contained in the treated water after anaerobic treatment is directly used as an electron donor to generate power, so that there is no inhibition of mass transfer by microorganisms. Efficient power generation is possible compared to power generation. Moreover, by maintaining the power generation output within a predetermined range, it is possible to obtain a constant power regardless of the properties of the treated water, and it is possible to perform a stable power supply.

本発明によれば、嫌気処理後の処理水を用いた電極反応によるエネルギーの回収・利用において、安定した電力供給源としての利用を可能とする発電装置及び発電方法を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power generator and a power generation method that can be used as a stable power supply source in the recovery and utilization of energy by electrode reaction using treated water after anaerobic treatment.

本発明の第1の実施態様における発電装置の概略説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic explanatory drawing of the electric power generating apparatus in the 1st embodiment of this invention. 本発明の第1の実施態様に係る発電装置の発電部による発電において、処理水の流量と発電出力との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the flow rate of treated water and the power output in power generation by the power generation unit of the power generation device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施態様における発電装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the electric power generating apparatus in the 2nd embodiment of this invention. 本発明の第3の実施態様における発電装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the electric power generating apparatus in the 3rd embodiment of this invention. 本発明の第3の実施態様に係る発電装置の発電部による発電において、処理水中の還元性物質濃度と発電出力との関係を示すグラフである。9 is a graph showing the relationship between reducing substance concentration in treated water and power generation output in power generation by the power generation unit of the power generation device according to the third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施態様における発電装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the electric power generating apparatus in the 4th embodiment of this invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る発電装置及び発電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は、本発明における発電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発電装置及び発電方法については、本発明に係る発電装置及び発電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。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereafter, embodiment of the electric power generating apparatus which concerns on this invention, and an electric power generation method is described in detail, referring drawings. The power generation method in the present invention shall be replaced with the description of the operation of the power generation device in the present invention.
It should be noted that the power generation device and the power generation method described in the embodiments are merely examples for explaining the power generation device and the power generation method according to the present invention, and are not limited thereto.

本発明において、発電装置の発電部に導入される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。 In the present invention, the reducing substance contained in the treated water introduced into the power generation unit of the power generation device 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 may be one that releases electrons more easily than the electron acceptor, that is, one that has a lower oxidation-reduction potential than the electron acceptor. For example, when oxygen is used as the electron acceptor, the reducing substance in the present invention may have a lower oxidation-reduction potential than oxygen. Such reducing substances include hydrogen sulfide, hydrogen, ammonia, and the like. is mentioned.

〔第1の実施態様〕
図1は、本発明の第1の実施態様における発電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発電装置1Aは、図1に示すように、被処理水Wに対する嫌気処理を行う排水処理設備に適用されるものであり、嫌気処理を行う嫌気処理槽2の後段に設けられ、発電部3と制御部4とを備えるものである。また、嫌気処理槽2には被処理水Wを導入する配管L1が設けられるとともに、嫌気処理槽2と発電装置1Aを接続し、発電部3内に嫌気処理槽2による処理を経た処理水W1を導入する配管L2と、発電部3から処理水W2を排出する配管L3が設けられている。なお、図1において、一点鎖線の矢印は、制御可能あるいは入力可能に接続されていることを示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the structure of a power generator according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the power generation device 1A in this embodiment is applied to a wastewater treatment facility that performs anaerobic treatment of the water W to be treated, and is provided after the anaerobic treatment tank 2 that performs anaerobic treatment, It has a power generation unit 3 and a control unit 4 . In addition, the anaerobic treatment tank 2 is provided with a pipe L1 for introducing the water W to be treated, and the anaerobic treatment tank 2 is connected to the power generator 1A. and a pipe L3 for discharging the treated water W2 from the power generation unit 3 are provided. In FIG. 1, dashed-dotted arrows indicate that they are connected so as to be controllable or inputtable.

本実施態様における嫌気処理槽2は、被処理水Wを処理するための槽であり、発電装置1Aに対し、還元性物質を含む処理水W1を供給するためのものとしても機能する。
嫌気処理槽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、処理後の処理水W1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、嫌気処理槽2で行う処理としては、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。処理コストや生成ガスの有用性の観点から、特に、メタンを生成するメタン発酵が特に好ましい。
The anaerobic treatment tank 2 in this embodiment is a tank for treating the water W to be treated, and also functions as a tank for supplying the treated water W1 containing reducing substances to the power generator 1A.
The treatment performed in the anaerobic treatment tank 2 is suitable for the treatment target contained in the water W to be treated, and is not particularly limited as long as the treated water W1 after treatment contains reducing substances. For example, the treatments performed in the anaerobic treatment tank 2 include methane fermentation by acidogenic and methanogenic bacteria, denitrification by reducing nitric acid and nitrite by denitrifying bacteria, and sulfuric acid by reducing sulfuric acid by sulfate reducing bacteria. reduction treatment and the like. Methane fermentation, which produces methane, is particularly preferred from the viewpoint of processing costs and usefulness of generated gas.

嫌気処理槽2における嫌気処理対象である被処理水Wは、処理経過に伴って還元性物質を生成するものであれば特に限定されない。なお、還元性物質は処理水W1に含有される状態となるものであればよく、嫌気処理槽2に導入する前の被処理水Wに含有されているものであってもよい。被処理水Wの具体的な例としては、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、被処理水W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。 The water W to be treated, which is the object of anaerobic treatment in the anaerobic treatment tank 2, is not particularly limited as long as it produces reducing substances as the treatment progresses. It should be noted that the reducing substance may be contained in the treated water W<b>1 , and may be contained in the water W to be treated before being introduced into the anaerobic treatment tank 2 . Specific examples of the water to be treated W include industrial wastewater discharged from various factories such as food factories, chemical factories, pulp and paper factories, and domestic wastewater such as sewage. In the following description, as the water W to be treated, water in which a reducing substance is generated through treatment will be mainly described, but the water W to be treated is not limited to this.

嫌気処理槽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 anaerobic treatment tank 2, especially when methane fermentation is performed among anaerobic treatments, in addition to methane, hydrogen sulfide, hydrogen, ammonia, etc. are generated in the water W to be treated. These products correspond to reducing substances in the present invention.

嫌気処理槽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の処理水W1となり、配管L2を介して、発電装置1Aへ導入される。 The water to be treated W that has been treated in the anaerobic treatment tank 2 becomes treated water W1 containing reducing substances, and is introduced into the power generator 1A via the pipe L2.

[発電装置]
(発電部)
発電部3は、処理水W1中の還元性物質を電子供与体として発電する発電ステップを行うためのものである。
本実施態様の発電部3は、図1に示すように、嫌気処理槽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35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、嫌気処理槽2から配管L2を介して導入された処理水W1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Cと接続されている。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。
[Power generator]
(Power Generation Department)
The power generation unit 3 is for performing a power generation step of generating power using reducing substances in the treated water W1 as electron donors.
As shown in FIG. 1, the power generation unit 3 of this embodiment is provided after the anaerobic treatment tank 2, and is provided so as to partition the first cell 31a and the second cell 31b and the cells 31a and 31b. and electrodes 33a and 33b arranged in cells 31a and 31b, respectively. Here, the first cell 31a is formed so that the treated water W1 introduced from the anaerobic treatment tank 2 through the pipe L2 comes into contact with the electrode 33a. acts as an anode. On the other hand, the second cell 31b is formed to store or supply an electron acceptor, and the electrode 33b arranged in the second cell 31b functions as a cathode. Moreover, the electrodes 33a and 33b are connected to an external circuit C by means of conducting wires. As a result, in the power generation unit 3, it becomes possible to recover and utilize electrical energy generated by the reducing substance acting as an electron donor.

第1のセル31aは、電極33aを備え、処理水W1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、配管L2を介して処理水導入口32aから導入された処理水W1を一時的に貯留可能なスペースを有し、電極33aに接触した後の処理水W2を処理水排出口32bから排出するための配管L3を備えるものとすること等が挙げられる。これにより、処理水W1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、配管L3を介して速やかに排出される。 The first cell 31a is provided with an electrode 33a, and the material and shape are not particularly limited as long as it is formed so that the treated water W1 is in contact with the electrode 33a. For example, as shown in FIG. 1, it has a space that can temporarily store the treated water W1 introduced from the treated water inlet 32a through the pipe L2, and treats the treated water W2 after contact with the electrode 33a. For example, a pipe L3 for discharging water from the water discharge port 32b may be provided. As a result, the reducing substances in the treated water W1 donate electrons to the electrode 33a as electron donors, and then are rapidly discharged through the pipe L3.

配管L3を介して排出された処理水W2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、配管L3の後段に、処理水W2を更に処理するための処理設備を設け、処理水W2を処理した後、系外へ排出するものとしてもよい。このような処理設備としては、処理水W2が系外あるいは河川への放流が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 treated water W2 discharged through the pipe L3 can be discharged as it is if it satisfies the water quality that allows discharge to a river or the like. A treatment facility for further treating the treated water W2 may be provided downstream of the pipe L3, and after the treated water W2 is treated, it may be discharged to the outside of the system. Such a treatment facility is not particularly limited as long as it can treat the treated water W2 so that it can be discharged outside the system or into a river. Examples include an aeration tank and a pH adjustment tank.

第2のセル31bは、電極33bを備え、処理水W1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 is provided with an electrode 33b, and may be formed so as to store or supply an electron acceptor for reducing substances in the treated water W1, and its material and shape 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 gas or 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 oxygen-containing gases. The gas containing oxygen includes a gas containing oxygen as a mixture such as air and a gas containing oxygen as an element constituting a compound such as carbon dioxide. When a gas is used as an electron acceptor, there are advantages in that it is not necessary (or easy) to dispose of the material discharged after the reaction, and that the cost associated with acquisition can be reduced. In order to maximize these advantages, it is particularly preferable to use air as the electron acceptor.
Other examples of the electron acceptor in this embodiment include, for example, a solution containing dissolved oxygen, an aqueous solution of an oxidizing agent such as an aqueous solution of potassium ferricyanide, and the like. When a liquid is used as an electron acceptor, it is possible to easily handle a compound (oxidizing agent) that is highly effective as an electron acceptor, so there is an advantage that power generation efficiency can be further improved. From the viewpoint of improving power generation efficiency, it is particularly preferable to use an aqueous solution of potassium ferricyanide 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、配管L4を介して気体を供給するための電子受容体供給口34a及び配管L5を介して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及び配管L5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、あるいは、配管L4及び/又は配管L5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. For example, an electron acceptor supply port 34a for supplying gas via the pipe L5 and an electron acceptor discharge port 34b for discharging gas after the reaction are provided via the pipe L5. As another example of the second cell 31b, a space capable of storing liquid is provided in the second cell 31b, and an electron acceptor supply port 34a and an electron acceptor discharge port 34b are provided, respectively. For example, it is possible to supply the solution and to discharge the solution after the reaction. As a result, electrons from the electrode 33a can be received by the electron acceptor via the electrode 33b, and a current flows between the electrodes 33a and 33b to generate power. In addition, the electron acceptor after the reaction is rapidly discharged to the outside of the power generation section 3 through the electron acceptor discharge port 34b and the pipe L5.
The electron acceptor supply port 34a and/or the electron acceptor outlet 34b, or the pipe L4 and/or the pipe L5 is provided with a flow control mechanism such as a valve to adjust the concentration of the electron acceptor in the second cell 31b. It may be possible. Furthermore, a control mechanism may be provided to control the flow rate adjustment mechanism 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, thereby suppressing 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。 Although one electron acceptor supply port 34a and one electron acceptor discharge port 34b are shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of electron acceptor supply ports 34a and electron acceptor discharge ports 34b may be provided. In particular, when a gas containing oxygen is used as an electron acceptor, water is produced by a reaction at the electrode 33b, as will be described later. Therefore, when a plurality of electron acceptor discharge ports 34b are provided, for example, one for discharging gas and one for discharging liquid are provided separately.

イオン交換体35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、電極反応効率を向上させることができる。また、イオン交換体35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(特に酸素)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35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 35 is not particularly limited as long as it has a known configuration that allows ions to pass therethrough. In particular, a cation exchange membrane capable of permeating hydrogen ions generated at the electrode 33a (anode side) may be used. As a result, the 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 electrode reaction efficiency can be improved. . Further, it is more preferable that the ion exchanger 35 has low oxygen permeability. This suppresses the electron acceptor (especially oxygen) supplied to the electrode 33b (cathode side) from moving to the electrode 33a side, and suppresses the decrease in the reaction efficiency of the electron donor at the electrode 33a due to oxygen. becomes possible.
Although FIG. 1 shows that the ion exchanger 35 is provided separately from the electrodes 33a and 33b, it is not limited to this. For example, a material having an ion exchange capacity and the electrode 33a and/or the electrode 33b may be integrated. As a result, it is possible to reduce the size of the power generation unit 3 as a whole, and it is possible to shorten the time required for maintenance work.

電極33aは、処理水W1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、嫌気処理槽2で処理された後の処理水W1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 collects electrons from reducing substances in the treated water W1, and functions as a so-called anode. Further, the electrode 33a in this embodiment is arranged in the first cell 31a so as to come into contact with the treated water W1 after being treated in the anaerobic treatment tank 2. As shown in FIG.

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。
特に、本実施態様の電極33aとしては、電極反応効率を鑑み、多孔質体からなるものを用いることが好ましい。例えば、電極33aとしては、多孔質体であるカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボンフェルトのような炭素繊維を用いることのほか、発泡金属、多孔質金属、金属メッシュを用いることが挙げられる。
The electrode 33a is not particularly limited in material and shape as long as it functions as an anode. 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 in the electrode 33a, and the like. Examples of the material of the electrode 33a include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) that are widely used as electrode materials in the electrochemical field. Moreover, examples of the shape of the electrode 33a include a flat plate shape, a rod shape, and a mesh shape.
In particular, as the electrode 33a of this embodiment, it is preferable to use a porous material in view of the electrode reaction efficiency. For example, as the electrode 33a, in addition to carbon fibers such as carbon paper, carbon cloth, and carbon felt, which are porous bodies, foam metal, porous metal, and metal mesh may be used.

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 allow microorganisms to come into contact with or carry on the surface of the electrode. Therefore, the mass transfer of the reducing substance is not inhibited by the microorganism, and the reaction efficiency as an electron donor (mass transfer rate of the reducing substance to the electrode 33a) can be improved, thereby improving the power generation efficiency. can be done.
Further, the electrode 33a in this embodiment does not collect electrons generated by metabolism of microorganisms, but directly collects electrons from reducing substances. Therefore, the metabolism of microorganisms does not become rate-determining, and the reaction efficiency as an electron donor (the electron collection rate at the electrode 33a) is improved, and the power generation efficiency can be improved.

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 a counter electrode to the electrode 33a, an electrode that transfers electrons to an electron acceptor, and functions as a so-called cathode. Also, 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。
特に、本実施態様の電極33bとしては、電極反応効率を鑑み、多孔質体からなるものを用いることが好ましい。例えば、電極33bとしては、多孔質体であるカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボンフェルトのような炭素繊維を用いることのほか、発泡金属、多孔質金属、金属メッシュを用いることが挙げられる。
The electrode 33b is not particularly limited in material and shape as long as it functions as a cathode. 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 in the electrode 33b, and the like. Examples of materials for the electrode 33b include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) that are widely used as electrode materials in the field of electrochemistry. Moreover, examples of the shape of the electrode 33b include a plate shape, a bar shape, a mesh shape, and the like.
In particular, as the electrode 33b of this embodiment, it is preferable to use an electrode made of a porous body in view of the electrode reaction efficiency. For example, as the electrode 33b, in addition to carbon fibers such as carbon paper, carbon cloth, and carbon felt, which are porous bodies, foam metal, porous metal, and metal mesh may be used.

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、もう一方の面は処理水W1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内の処理水W1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 gas (air), one surface of the electrode 33b is in contact with the gas and the other surface is in contact with the treated water W1. Therefore, it is preferable that the electrode 33b has a form suitable for a so-called air cathode. Forms suitable for air cathodes include, for example, having both gas permeable and water impermeable properties. By making the electrode 33b gas-permeable, it is possible to effectively react the gas, which is an electron acceptor, at the electrode 33b. In addition, since the electrode 33b is water-impermeable, it is possible to prevent the treated water W1 in the first cell 31a from permeating the electrode 33b and flowing into the second cell 31b. Specific examples of such an electrode 33b include those made of carbon fiber, those subjected to surface treatment such as application of a material having gas permeability and water impermeability to the surface of the metal mesh, lamination of films, and the like. mentioned. The term “water-impermeable” as used herein refers to impermeability to water. It is included.

以下、図1に基づき、本発明の第1の実施態様の発電装置における電極反応に係る反応及び工程を説明する。
本実施態様の発電装置1Aにおける電極反応に係る反応及び工程は、嫌気処理後の処理水W1に含まれる還元性物質を電子供与体として用い、酸化剤や酸素を含む溶液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。
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電極反応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、主に発電装置1Aの発電部3に係る反応及び工程について述べたものであり、発電装置1Aに導入する処理水W1を生成する嫌気処理槽2に係る反応及び工程については説明を簡略化している。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。
Hereinafter, based on FIG. 1, reactions and processes relating to electrode reactions in the power generator according to the first embodiment of the present invention will be described.
In the reaction and process related to the electrode reaction in the power generation device 1A of the present embodiment, the reducing substance contained in the treated water W1 after anaerobic treatment is used as an electron donor, and a solution containing an oxidant and oxygen is used as an electron acceptor. It describes things.
It should be noted that the description of the reactions and steps based on FIG. 1 shows an example of the electrode reaction in this embodiment, and is not limited to this. In addition, the following description mainly describes the reactions and processes related to the power generation unit 3 of the power generation device 1A, and the reactions and processes related to the anaerobic treatment tank 2 that generates the treated water W1 to be introduced into the power generation device 1A. simplifies the description. Furthermore, 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 order of the steps.

図1に示すように、嫌気処理槽2に導入された被処理水Wは、嫌気処理槽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 to be treated W introduced into the anaerobic treatment tank 2 is anaerobically treated by anaerobic microorganisms (acidogenic bacteria and methanogenic bacteria) in the anaerobic treatment tank 2 (step S1). At this time, reducing substances (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) are produced in addition to methane.

嫌気処理槽2で処理され、還元性物質を含む処理水W1は、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 treated water W1 that has been treated in the anaerobic treatment tank 2 and contains reducing substances is introduced into the first cell 31a in the power generation unit 3 through the pipe L2 (step S2). Here, when a reducing substance (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) contacts the electrode 33a, the reducing substance functions as an electron donor to donate electrons 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。
Also, part of the 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、嫌気処理槽2で処理された後の処理水W1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、本実施態様の発電装置1A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 by formulas 1 and 2, in reaction R1, hydrogen sulfide contained in treated water W1 after being treated in anaerobic treatment tank 2 donates electrons to electrode 33a, and hydrogen sulfide itself is oxidized. This makes it harmless and odorless. Therefore, the power generator 1A of this embodiment can perform desulfurization and deodorization as well as power generation. In addition to hydrogen sulfide, reducing substances (ammonia, etc.), which are harmful substances and odorous substances, similarly function as electron donors, and the progress of the reaction makes it possible to render 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35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 lead (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 35 (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(溶液)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35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。なお、式3における酸素が、電子受容体に相当する。
On the other hand, an electron acceptor (solution) is introduced from the electron acceptor supply port 34a into the second cell 31b (step S3). Here, the electron acceptor receives the electron transferred from the electrode 33a to the electrode 33b through the electrode 33b by the reaction R2. At this time, the hydrogen ions that have moved to the second cell 31b through the ion exchanger 35 by the reaction R3 also react with the electron acceptor. The reaction (reaction R4) at the electrode 33b at this time is represented by the following reaction formula (formula 3). Note that oxygen in Formula 3 corresponds to an electron acceptor.

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、処理水W1中の還元性物質を電子供与体とする反応が進行し、本実施態様の発電装置1Aにおける発電が行われる。 A current flows between the electrodes 33a and 33b based on the reactions R1 to R4 and steps S1 to S3 described above. As a result, a reaction using the reducing substance in the treated water W1 as an electron donor proceeds, and power generation is performed in the power generation device 1A of the present embodiment.

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、本実施態様の発電装置1A及び発電装置1Aを用いた発電方法は、排水処理(嫌気処理槽2)と発電(発電装置1A)を分けて行うことができる。したがって、本実施態様の発電装置1A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 conventional microbial fuel cells, increasing the concentration of the microorganisms required for wastewater treatment further inhibits the transfer of substances to the electrodes. is known to have a trade-off relationship. On the other hand, in the power generation device 1A of the present embodiment and the power generation method using the power generation device 1A, wastewater treatment (anaerobic treatment tank 2) and power generation (power generation device 1A) can be performed separately. Therefore, in the power generation device 1A and the power generation method of this embodiment, there is no trade-off relationship between waste water treatment efficiency and power generation efficiency, and efficient power generation is possible.

また、本実施態様の発電装置1Aにおける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C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、嫌気処理槽2等、発電装置1Aが配置される排水処理設備の設備駆動に用いるものであってもよく、排水処理設備外で利用するものであってもよい。 Moreover, the electrical energy obtained by the power generation in the power generator 1A of this embodiment can be recovered and utilized through the external circuit C connected to the electrodes 33a and 33b. Note that the use of electric energy is not particularly limited. For example, the anaerobic treatment tank 2 or the like may be used to drive the wastewater treatment facility in which the power generator 1A is arranged, or may be used outside the wastewater treatment facility.

ここで、発電部3における発電出力と、配管L2を介して第1のセル31a内に供給される処理水W1の流量との関係について、実施例に基づき説明する。
図2は、本実施態様の発電装置1Aの発電部3を用いた発電において、発電部3に供給される処理水の流量と、発電出力の関係を表すグラフである。
図2における測定条件としては、電極33a及び33bとしてカーボンフェルト電極を用い、イオン交換体35としては陽イオン交換膜を用いた。また、第2のセル31bには、リン酸緩衝液にフェリシアン化カリウムを溶解した溶液を一定流量で供給する一方、第1のセル31aには、本実施態様における処理水W1に相当するものとして、リン酸緩衝液に硫化水素ナトリウムを溶解した試料溶液を用い、それぞれ異なる流量(単位:mL/min)で供給した。このとき、電極33a及び33b間に流れる電圧をポテンショスタットで測定し、流量がゼロ(第1のセル31a内に試料溶液の出入りがなく、単に貯留されている状態)のときを基準とし、最大出力比を求めた。
Here, the relationship between the power generation output in the power generation unit 3 and the flow rate of the treated water W1 supplied into the first cell 31a through the pipe L2 will be described based on an example.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow rate of treated water supplied to the power generation unit 3 and the power output in power generation using the power generation unit 3 of the power generation device 1A of this embodiment.
As the measurement conditions in FIG. 2, carbon felt electrodes were used as the electrodes 33a and 33b, and a cation exchange membrane was used as the ion exchanger . Further, a solution of potassium ferricyanide dissolved in a phosphate buffer is supplied to the second cell 31b at a constant flow rate, while the first cell 31a corresponds to the treated water W1 in this embodiment, A sample solution in which sodium hydrogen sulfide was dissolved in a phosphate buffer was used and supplied at different flow rates (unit: mL/min). At this time, the voltage flowing between the electrodes 33a and 33b is measured with a potentiostat, and the flow rate is zero (a state in which the sample solution is simply stored in the first cell 31a without entering or exiting the first cell 31a). An output ratio was obtained.

図2に示すように、発電部3に供給する試料溶液(処理水W1に相当)の流量の増加に伴い、発電出力比が上昇し、徐々に一定値に近づく傾向を示すことが分かった。ここで、嫌気処理槽2における処理条件によっては、嫌気処理槽2から排出される処理水W1の流量が変化することもあるため、発電部3における発電出力は、嫌気処理槽2から排出される処理水W1の流量に応じて変動することとなる。
一方、発電部3で得られた発電出力を、外部回路Cを介して発電装置1A外で電気エネルギーとして利用する場合、発電出力の強弱に加え、発電出力自体が変動してしまうことが、電力供給源として安定して利用する上で問題となってしまう。
したがって、本実施態様における発電装置1Aを安定した電力供給源として利用するためには、嫌気処理槽2から排出される処理水W1の性状(処理水W1の流量)の変動によらず、発電部3から一定の電気エネルギーを得られるものとすることが必要となる。
As shown in FIG. 2, it was found that as the flow rate of the sample solution (corresponding to treated water W1) supplied to the power generation unit 3 increased, the power generation output ratio increased and gradually approached a constant value. Here, depending on the treatment conditions in the anaerobic treatment tank 2, the flow rate of the treated water W1 discharged from the anaerobic treatment tank 2 may change. It will fluctuate according to the flow rate of the treated water W1.
On the other hand, when the power generation output obtained by the power generation unit 3 is used as electrical energy outside the power generation device 1A via the external circuit C, the power generation output itself fluctuates in addition to the strength of the power generation output. This poses a problem in stably using it as a supply source.
Therefore, in order to use the power generator 1A in this embodiment as a stable power supply source, the power generation unit It is necessary to be able to obtain constant electrical energy from 3.

(制御部)
制御部4は、発電部3における発電出力を所定の範囲内で維持するように制御する制御ステップを行うためのものである。
本実施態様における制御部4としては、上述した発電出力と処理水W1の流量との関係に基づき、発電部3における発電出力を所定の範囲内に維持するように、発電部3に供給する処理水W1の流量を制御するものが挙げられる。
より具体的には、図1に示すように、制御部4として、演算制御部41と流量調整機構42を備えるものが挙げられる。
(control part)
The control unit 4 is for performing control steps for controlling the power generation output of the power generation unit 3 to be maintained within a predetermined range.
As the control unit 4 in this embodiment, based on the above-described relationship between the power generation output and the flow rate of the treated water W1, the power generation output in the power generation unit 3 is maintained within a predetermined range. One that controls the flow rate of the water W1 can be mentioned.
More specifically, as shown in FIG. 1, the controller 4 may include an arithmetic controller 41 and a flow rate adjustment mechanism 42 .

演算制御部41は、外部回路Cと接続し、発電部3における発電出力が入力され、この発電出力を所定の範囲内に維持するのに必要となる処理水W1の流量を演算するとともに、演算結果に基づき、流量調整機構42の動作に係る制御を行うものである。
また、流量調整機構42は、配管L2を介して発電部3に供給される処理水W1の流量を調整するためのものであり、開閉弁やバルブ等、流量を調整するものとして公知の機構を用いることができる。
The arithmetic control unit 41 is connected to the external circuit C, receives the power output from the power generation unit 3, and calculates the flow rate of the treated water W1 required to maintain the power output within a predetermined range. Based on the result, control relating to the operation of the flow rate adjusting mechanism 42 is performed.
Further, the flow rate adjustment mechanism 42 is for adjusting the flow rate of the treated water W1 supplied to the power generation unit 3 via the pipe L2, and includes a known mechanism for adjusting the flow rate, such as an on-off valve and a valve. can be used.

本実施態様における演算制御部41としては、例えば、作業者の手動による操作を含むものであってもよいが、情報取得のためのデータ入出力機能を有し、流量調整機構42の動作制御に係る演算や制御信号発信を行うためのプログラムをCPU等のプロセッサにより実行する計算装置を用い、自動制御可能とすることが好ましい。これにより、発電部3からの発電出力を所定の範囲内に維持するための制御を最適化することが容易となる。
なお、制御部4には、発電出力や処理水W1の流量など、制御に用いるパラメータを表示する表示手段や、表示手段に対する入力手段を備えるものとしてもよい。
The arithmetic control unit 41 in this embodiment may include, for example, manual operation by an operator, but has a data input/output function for acquiring information, and controls the operation of the flow rate adjustment mechanism 42. It is preferable to enable automatic control by using a computing device in which a processor such as a CPU executes a program for performing such calculation and control signal transmission. This facilitates optimization of the control for maintaining the power output from the power generation unit 3 within a predetermined range.
The control unit 4 may be provided with display means for displaying parameters used for control, such as power generation output and flow rate of treated water W1, and input means for the display means.

以上のように、本実施態様の発電装置1Aを用い、嫌気処理後の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、微生物燃料電池による発電と比べて効率的な発電が可能となる。また、本実施態様の発電装置1Aを用い、発電装置に供給される処理水の流量と発電出力との関係に基づき、発電出力を所定範囲内に維持することで、処理水の流量によらず一定の電気エネルギーを得ることができ、安定した電力供給源として利用することが可能となる。 As described above, by using the power generation device 1A of the present embodiment and using the reducing substances contained in the treated water after the anaerobic treatment as direct electron donors to generate power, it is possible to inhibit mass transfer by microorganisms. Therefore, it is possible to generate power more efficiently than power generation by microbial fuel cells. Further, by using the power generator 1A of the present embodiment and maintaining the power generation output within a predetermined range based on the relationship between the flow rate of the treated water supplied to the power generator and the power generation output, regardless of the flow rate of the treated water Constant electrical energy can be obtained, and it can be used as a stable power supply source.

なお、本実施態様における発電装置1Aは、処理水W1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発電装置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、嫌気処理槽2を絶縁体の上部に設置することのほか、嫌気処理槽2の外壁あるいは内壁を絶縁体で構成することや、嫌気処理槽2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 power generator 1A in this embodiment uses a reducing substance in the treated water W1 as an electron donor to generate power through an electrochemical reaction (electrode reaction). In general, when an electrochemical reaction is performed, there is a problem that the efficiency of the electrochemical reaction is lowered due to movement of electrons to a place other than the place where the electrochemical reaction is actually performed (the power generation section 3). Therefore, it is preferable that the power generator 1A in this embodiment is insulated except for the part where the electrochemical reaction is performed (power generation unit 3). Specific examples of the insulation treatment include, for example, placing the anaerobic treatment tank 2 on top of an insulator, configuring the outer wall or inner wall of the anaerobic treatment tank 2 with an insulator, For example, the inner wall is coated 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.

〔第2の実施態様〕
図3は、本発明の第2の実施態様における発電装置を示す概略説明図である。
第2の実施態様に係る発電装置1Bは、被処理水Wに対する嫌気処理を行う嫌気処理槽2に加え、嫌気処理槽2から排出される処理水に対して更に排水処理を行うための反応槽5を備える排水処理設備に適用されるものであり、第1の実施態様における発電装置1Aに対し、嫌気処理槽2から排出される処理水について、発電部3に供給するもの(処理水W1)と、反応槽5に供給するもの(処理水W1′)とに分岐するための分岐路43を備えるものである。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。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a power generator according to a second embodiment of the present invention.
In addition to the anaerobic treatment tank 2 for performing anaerobic treatment on the water W to be treated, the power generator 1B according to the second embodiment includes a reaction tank for further performing wastewater treatment on the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2. 5, and for the power generator 1A in the first embodiment, the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 is supplied to the power generation unit 3 (treated water W1) and the one to be supplied to the reaction vessel 5 (treated water W1'). The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における発電装置1Bは、図3に示すように、嫌気処理槽2から排出される処理水について、分岐路43としての配管L2を介して発電部3に供給されるもの(処理水W1)を用いた発電を行うものである。 As shown in FIG. 3, in the power generator 1B in this embodiment, the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 is supplied to the power generation unit 3 through the pipe L2 as the branch passage 43 (treated water W1 ) to generate power.

なお、反応槽5は、嫌気処理槽2から排出された処理水に対し、河川などへの放流が可能な水質を満たすために更に排水処理を行うためのものであり、具体的には、曝気槽や好気処理槽などが挙げられる。また、反応槽5は、嫌気処理槽2から排出された処理水W1のうち、配管L6を介して供給されたもの(処理水W1′)に加え、発電部3から排出される処理水W2が配管L3を介して導入され、排水処理を行うものとすることが好ましい。これにより、発電装置1Bを適用した排水処理設備全体として、被処理水Wに対する排水処理効率を高めることが可能となる。そして、反応槽5で処理されて排出される処理水W3は、配管L7を介して処理系外に排出される。 In addition, the reaction tank 5 is for further treating the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 in order to satisfy the water quality that can be discharged to a river or the like. Specifically, aeration is performed. A tank, an aerobic treatment tank, etc. are mentioned. In addition to the treated water W1 discharged from the anaerobic treatment tank 2 (treated water W1′) supplied through the pipe L6, the reaction tank 5 also contains the treated water W2 discharged from the power generation unit 3. It is preferable that the waste water is introduced through the pipe L3 and subjected to waste water treatment. As a result, the wastewater treatment efficiency for the water to be treated W can be improved as a whole wastewater treatment facility to which the power generator 1B is applied. Then, the treated water W3 discharged after being treated in the reaction tank 5 is discharged outside the treatment system through the pipe L7.

分岐路43は、嫌気処理槽2と反応槽5とを接続する配管L6から分岐して、嫌気処理槽2と発電装置1Bの発電部3とを接続するものであり、図3に示すように、配管L2からなるものが挙げられる。
また、図3に示すように、分岐路43の始点に流量調整機構42を設け、配管L6側に供給される処理水W1′と分岐路43側(配管L2側)に供給される処理水W1との割合を演算制御部41により制御することで、発電部3における発電出力を所定の範囲内に維持するように、発電部3に供給する処理水W1の流量を制御することが容易となる。
The branch path 43 branches off from the pipe L6 that connects the anaerobic treatment tank 2 and the reaction tank 5, and connects the anaerobic treatment tank 2 and the power generation section 3 of the power generation device 1B, as shown in FIG. , and piping L2.
Further, as shown in FIG. 3, a flow rate adjusting mechanism 42 is provided at the starting point of the branch passage 43, and treated water W1' supplied to the pipe L6 side and treated water W1 supplied to the branch passage 43 side (pipe L2 side) are controlled. By controlling the ratio with the arithmetic control unit 41, it becomes easy to control the flow rate of the treated water W1 supplied to the power generation unit 3 so as to maintain the power generation output in the power generation unit 3 within a predetermined range. .

図3に示す排水処理設備のように、嫌気処理後の処理水W1に対し、更に別の処理が必要となる場合、嫌気処理後の処理水W1を後段処理に円滑に供給することと、発電装置での発電出力を一定にするために処理水W1の流量を制御することを両立させることが困難となる場合がある。
一方、本実施態様における発電装置1Bにおいては、嫌気処理後の処理水W1全てを発電部3に供給するのではなく、処理水W1の一部を発電部3に供給することで、嫌気処理後の処理水W1′を後段処理である反応槽5に円滑に供給するとともに、発電装置1Bにおける発電出力の制御を容易とすることが可能となる。
As in the wastewater treatment facility shown in FIG. 3, when the treated water W1 after anaerobic treatment needs to be further treated, the treated water W1 after anaerobic treatment can be smoothly supplied to the post-treatment, and power generation It may be difficult to control the flow rate of the treated water W1 in order to keep the power generation output of the apparatus constant.
On the other hand, in the power generation device 1B in this embodiment, not all of the treated water W1 after anaerobic treatment is supplied to the power generation unit 3, but a part of the treated water W1 is supplied to the power generation unit 3, so that after anaerobic treatment The treated water W1' can be smoothly supplied to the reaction tank 5, which is the post-treatment, and the power generation output of the power generator 1B can be easily controlled.

〔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発電装置を示す概略説明図である。
第3の実施態様に係る発電装置1Cは、図4に示すように、第1の実施態様に係る発電装置1Aにおいて、制御部4の一構成である処理水W1の流量を制御する演算制御部41及び流量調整機構42に代えて、処理水W1中の還元性物質濃度を制御する演算制御部44及び濃度制御機構45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。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing a power generator according to the third embodiment of the present invention.
The power generator 1C according to the third embodiment is, as shown in FIG. 41 and the flow rate adjustment mechanism 42, an arithmetic control unit 44 and a concentration control mechanism 45 for controlling the concentration of reducing substances in the treated water W1 are provided. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における発電装置1Cは、発電出力に影響する処理水W1の性状として、第1の実施態様における発電装置1Aで示した処理水W1の流量以外の要素に着目するものであり、より具体的には、処理水W1中の還元性物質濃度に着目するものである。 The power generator 1C in this embodiment focuses on factors other than the flow rate of the treated water W1 shown in the power generator 1A in the first embodiment as properties of the treated water W1 that affect the power generation output. Specifically, the focus is on the reducing substance concentration in the treated water W1.

ここで、発電部3における発電出力と、配管L2を介して第1のセル31a内に供給される処理水W1中の還元性物質濃度との関係について、実施例に基づき説明する。
図5は、本実施態様の発電装置1Cの発電部3による発電において、発電部3に供給される処理水中の還元性物質濃度(硫化物濃度)と、発電出力との関係を表すグラフである。
Here, the relationship between the power generation output of the power generation unit 3 and the reducing substance concentration in the treated water W1 supplied into the first cell 31a through the pipe L2 will be described based on an example.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the reducing substance concentration (sulfide concentration) in the treated water supplied to the power generation unit 3 and the power output in the power generation by the power generation unit 3 of the power generation device 1C of this embodiment. .

図5における測定条件としては、電極33a及び33bとしてカーボンフェルト電極を用い、イオン交換体35としては陽イオン交換膜を用いた。また、第2のセル31bには、リン酸緩衝液にフェリシアン化カリウムを溶解した溶液を一定流量で供給する一方、第1のセル31aには、本実施態様における処理水W1に相当するものとして、リン酸緩衝液に硫化水素ナトリウムを異なる量で溶解した試料溶液を用い、それぞれの硫化物濃度(単位:mM)ごとに一定流量で供給した。このとき、電極33a及び33b間に流れる電圧をポテンショスタットで測定し、硫化物濃度がゼロのときを基準とし、最大出力比を求めた。 As the measurement conditions in FIG. 5, carbon felt electrodes were used as the electrodes 33a and 33b, and a cation exchange membrane was used as the ion exchanger . Further, a solution of potassium ferricyanide dissolved in a phosphate buffer is supplied to the second cell 31b at a constant flow rate, while the first cell 31a corresponds to the treated water W1 in this embodiment, Sample solutions were prepared by dissolving different amounts of sodium hydrogen sulfide in phosphate buffer, and supplied at a constant flow rate for each sulfide concentration (unit: mM). At this time, the voltage flowing between the electrodes 33a and 33b was measured with a potentiostat, and the maximum output ratio was obtained with reference to the sulfide concentration of zero.

図5に示すように、試料溶液(処理水W1に相当)中の硫化物濃度(還元性物質濃度に相当)の増加に伴い、発電出力比が上昇する傾向を示すことが分かった。ここで、嫌気処理槽2における処理条件によっては、嫌気処理槽2から排出される処理水W1中の還元性物質濃度が変化することもあるため、発電部3における発電出力は、嫌気処理槽2から排出される処理水W1の還元性物質濃度に応じて変動することとなる。
したがって、本実施態様における発電装置1Cを安定した電力供給源として利用するためには、嫌気処理槽2から排出される処理水W1の性状(処理水W1中の還元性物質濃度)の変動によらず、発電部3から一定の電気エネルギーを得られるものとすることが必要となる。
As shown in FIG. 5, it was found that the power generation output ratio tends to increase as the sulfide concentration (corresponding to the reducing substance concentration) in the sample solution (corresponding to the treated water W1) increases. Here, depending on the treatment conditions in the anaerobic treatment tank 2, the concentration of reducing substances in the treated water W1 discharged from the anaerobic treatment tank 2 may change. It will fluctuate according to the reducing substance concentration of the treated water W1 discharged from.
Therefore, in order to use the power generator 1C in this embodiment as a stable power supply source, it is necessary to First, it is necessary to obtain a constant amount of electrical energy from the power generation section 3 .

本実施態様における制御部4としては、上述した発電出力と処理水W1中の還元性物質濃度との関係に基づき、発電部3における発電出力を所定の範囲内に維持するように、発電部3に供給する処理水W1中の還元性物質濃度を制御するものが挙げられる。
より具体的には、図4に示すように、制御部4として、演算制御部44と濃度制御機構45を備えるものが挙げられる。
As the control unit 4 in this embodiment, based on the above-described relationship between the power generation output and the reducing substance concentration in the treated water W1, the power generation output of the power generation unit 3 is maintained within a predetermined range. , which controls the concentration of reducing substances in the treated water W1 supplied to .
More specifically, as shown in FIG. 4, the controller 4 may include an arithmetic controller 44 and a density control mechanism 45 .

演算制御部44は、外部回路Cと接続し、発電部3における発電出力が入力され、この発電出力を所定の範囲内に維持するのに必要となる処理水W1中の還元性物質濃度を演算するとともに、演算結果に基づき、濃度制御機構45の動作に係る制御を行うものである。
本実施態様における演算制御部44としては、第1の実施態様における演算制御部41と同様に、例えば、作業者の手動による操作を含むものであってもよいが、情報取得のためのデータ入出力機能を有し、濃度制御機構45の動作制御に係る演算や制御信号発信を行うためのプログラムをCPU等のプロセッサにより実行する計算装置を用い、自動制御可能とすることが好ましい。これにより、発電部3からの発電出力を所定の範囲内に維持するための制御を最適化することが容易となる。
The arithmetic control unit 44 is connected to the external circuit C, receives the power output from the power generation unit 3, and calculates the reducing substance concentration in the treated water W1 required to maintain the power output within a predetermined range. At the same time, it controls the operation of the density control mechanism 45 based on the calculation result.
The arithmetic control unit 44 in this embodiment may include, for example, a manual operation by an operator, as in the arithmetic control unit 41 in the first embodiment. It is preferable to use a computing device having an output function and having a processor such as a CPU to execute a program for performing calculations related to the operation control of the concentration control mechanism 45 and transmitting control signals, so that automatic control is possible. This facilitates optimization of the control for maintaining the power output from the power generation unit 3 within a predetermined range.

濃度制御機構45は、配管L2を介して発電部3に供給される処理水W1中の還元性物質濃度を調整するためのものである。
本実施態様における濃度制御機構45としては、例えば、発電出力が所定の範囲よりも低下傾向にある場合は、処理水W1中の還元性物質濃度を上げるために、嫌気処理槽2での処理により発生する還元性物質の量を増やすための操作を行う一方、発電出力が所定の範囲よりも増加傾向にある場合は、処理水W1中の還元性物質濃度を下げるために、嫌気処理槽2での処理により発生した還元性物質の量を減らすための操作を行うことができるものが挙げられる。
The concentration control mechanism 45 is for adjusting the concentration of reducing substances in the treated water W1 supplied to the power generation unit 3 through the pipe L2.
As the concentration control mechanism 45 in this embodiment, for example, when the power generation output tends to decrease below a predetermined range, the treatment in the anaerobic treatment tank 2 is performed to increase the concentration of reducing substances in the treated water W1. While performing an operation to increase the amount of generated reducing substances, if the power generation output tends to increase beyond a predetermined range, the anaerobic treatment tank 2 is used to reduce the concentration of reducing substances in the treated water W1. can be carried out to reduce the amount of reducing substances generated by the treatment of

より具体的には、濃度制御機構45の一つとして、嫌気処理槽2に硫黄分を添加する硫黄分添加手段を設けることで、処理水W1に含まれる還元性物質(硫化水素)濃度を上げることが挙げられる。このとき、硫黄分添加手段としては、嫌気処理槽2に硫黄分を添加することができるものであればよく、特に限定されないが、式1及び式2に基づき、発電部3で生成する硫黄分を利用することが好ましい。例えば、発電部3から排出される処理水W2に含まれる硫黄分を利用するため、処理水W2の一部を嫌気処理槽2に導入するラインを形成すること(不図示)や、発電部3の電極33aに付着する硫黄分を除去する手段を設けること(不図示)で、処理水W2中に含まれる硫黄分の総量を増加させ、この処理水W2を嫌気処理槽2に導入することが挙げられる。また、このとき、嫌気処理槽2に導入する処理水W2の流量を制御するための流量調整機構を設けるものとしてもよい。これにより、還元性物質濃度の制御とともに、発電部3で生成した硫黄分を処理するためのコストを低減させることが可能となる。 More specifically, as one of the concentration control mechanisms 45, sulfur addition means for adding sulfur to the anaerobic treatment tank 2 is provided to increase the concentration of reducing substances (hydrogen sulfide) contained in the treated water W1. Things are mentioned. At this time, the sulfur content addition means is not particularly limited as long as it can add sulfur content to the anaerobic treatment tank 2, but based on Equations 1 and 2, the sulfur content generated in the power generation unit 3 is preferred. For example, in order to use the sulfur contained in the treated water W2 discharged from the power generation unit 3, a line (not shown) for introducing a part of the treated water W2 into the anaerobic treatment tank 2 may be formed, or the power generation unit 3 By providing a means (not shown) for removing sulfur adhering to the electrode 33a, the total amount of sulfur contained in the treated water W2 can be increased, and the treated water W2 can be introduced into the anaerobic treatment tank 2. mentioned. Moreover, at this time, a flow rate adjusting mechanism for controlling the flow rate of the treated water W2 introduced into the anaerobic treatment tank 2 may be provided. As a result, it is possible to control the reducing substance concentration and reduce the cost for treating the sulfur generated in the power generation unit 3 .

また、濃度制御機構45の別の例としては、処理水W1に希釈用の水を加える希釈水添加手段を設けることで、処理水W1に含まれる還元性物質(硫化水素)濃度を下げることが挙げられる。このとき、希釈水添加手段により添加される希釈用の水としては、処理水W1中の還元性物質濃度を低下させることができるものであればよく、純水、用水のほか、排水処理設備における他の処理水(特に、河川などへの放流可能な処理水)を用いることが挙げられる。 Further, as another example of the concentration control mechanism 45, the concentration of reducing substances (hydrogen sulfide) contained in the treated water W1 can be lowered by providing dilution water addition means for adding water for dilution to the treated water W1. mentioned. At this time, the water for dilution added by the dilution water addition means may be any water that can reduce the concentration of reducing substances in the treated water W1. Use of other treated water (particularly, treated water that can be discharged to a river or the like) can be mentioned.

なお、本実施態様における制御部4には、発電出力や処理水W1中の還元性物質濃度など、制御に用いるパラメータを表示する表示手段や、表示手段に対する入力手段を備えるものとしてもよい。 The control unit 4 in this embodiment may be provided with display means for displaying parameters used for control, such as power generation output and concentration of reducing substances in the treated water W1, and input means for the display means.

本実施態様の発電装置1Cにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電を行うことが可能である。
また、本実施態様の発電装置1Cを用い、発電装置に供給される処理水中の還元性物質濃度と発電出力との関係に基づき、発電出力を所定範囲内に維持することで、処理水中の還元性物質濃度によらず一定の電気エネルギーを得ることができ、安定した電力供給源として利用することが可能となる。
In the power generation device 1C of this embodiment, it is possible to generate power through the same steps as in the first embodiment.
Further, using the power generator 1C of the present embodiment, the power generation output is maintained within a predetermined range based on the relationship between the concentration of reducing substances in the treated water supplied to the power generator and the power generation output. Constant electrical energy can be obtained regardless of the concentration of the toxic substance, and it can be used as a stable power supply source.

〔第4の実施態様〕
図6は、本発明の第4の実施態様における発電装置を示す概略説明図である。
第4の実施態様に係る発電装置1Dは、被処理水Wに対する嫌気処理を行う嫌気処理槽2に加え、嫌気処理槽2から排出される処理水に対して更に排水処理を行うための反応槽5を備える排水処理設備に適用されるものであり、第3の実施態様における発電装置1Cに対し、嫌気処理槽2から排出される処理水について、発電部3に供給するもの(処理水W1)と、反応槽5に供給するもの(処理水W1′)とに分岐するための分岐路43を備えるものである。なお、第3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。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram showing a power generator according to the fourth embodiment of the present invention.
In addition to the anaerobic treatment tank 2 for performing anaerobic treatment on the water W to be treated, the power generator 1D according to the fourth embodiment includes a reaction tank for further performing wastewater treatment on the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2. 5, and for the power generator 1C in the third embodiment, the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 is supplied to the power generation unit 3 (treated water W1) and the one to be supplied to the reaction vessel 5 (treated water W1'). The description of the same configuration as that of the third embodiment will be omitted.

本実施態様における発電装置1Dは、図6に示すように、嫌気処理槽2から排出される処理水について、分岐路43としての配管L2を介して発電部3に供給されるもの(処理水W1)を用いた発電を行うものである。
なお、反応槽5は、上述した第2の実施態様に示したものと同様の構造を有するものであり、説明を省略する。
As shown in FIG. 6, in the power generator 1D of this embodiment, the treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 is supplied to the power generation unit 3 via the pipe L2 as the branch passage 43 (treated water W1 ) to generate power.
Note that the reaction vessel 5 has the same structure as that shown in the second embodiment described above, and the description thereof is omitted.

分岐路43は、嫌気処理槽2と反応槽5とを接続する配管L6から分岐して、嫌気処理槽2と発電装置1Dの発電部3とを接続するものであり、図6に示すように、配管L2からなるものが挙げられる。
また、図6に示すように、分岐路43上に濃度制御機構45の一つである希釈水添加手段を設け、分岐路43側(配管L2側)に供給される処理水W1中の還元性物質濃度のみを制御し、配管L6を介して反応槽5に供給される処理水W1′の性状は変化させることなく反応槽5に供給することで、嫌気処理槽2から排出される処理水全量に対して還元性物質濃度の制御を行う必要がなく、発電部3における発電出力を所定の範囲内に維持するように、発電部3に供給する処理水W1中の還元性物質濃度を制御することが容易となる。
The branch path 43 branches from the pipe L6 that connects the anaerobic treatment tank 2 and the reaction tank 5, and connects the anaerobic treatment tank 2 and the power generation section 3 of the power generation device 1D, as shown in FIG. , and piping L2.
Further, as shown in FIG. 6, a diluting water addition means, which is one of the concentration control mechanisms 45, is provided on the branch channel 43, and the reducing property of the treated water W1 supplied to the branch channel 43 side (pipe L2 side) is controlled. By controlling only the substance concentration and supplying the treated water W1' supplied to the reaction tank 5 through the pipe L6 without changing the properties thereof, the total amount of treated water discharged from the anaerobic treatment tank 2 Control the reducing substance concentration in the treated water W1 supplied to the power generation unit 3 so that the power generation output in the power generation unit 3 is maintained within a predetermined range without the need to control the concentration of reducing substances for becomes easier.

特に、本実施態様における発電装置1Dでは、濃度制御機構45として処理水W1の希釈を行う場合、希釈用の水としては、反応槽5で処理された後の処理水W3の一部を用いることが挙げられる。これにより、濃度制御機構45に係る構成について排水処理設備内の既設の構成で兼用することができ、外部から水を供給する必要がなくなるため、コスト低減を図ることが可能となる。 In particular, in the power generator 1D of this embodiment, when the concentration control mechanism 45 dilutes the treated water W1, a portion of the treated water W3 after being treated in the reaction tank 5 is used as water for dilution. is mentioned. As a result, the existing structure in the waste water treatment facility can be used for the structure related to the concentration control mechanism 45, and the need to supply water from the outside is eliminated, making it possible to reduce costs.

本実施態様における発電装置1Dにおいては、嫌気処理後の処理水W1全てを発電部3に供給するのではなく、処理水W1の一部を発電部3に供給することで、嫌気処理後の処理水W1′を後段処理である反応槽5に円滑に供給するとともに、発電装置1Dにおける発電出力の制御を容易とすることが可能となる。 In the power generation device 1D in this embodiment, not all of the treated water W1 after anaerobic treatment is supplied to the power generation unit 3, but a part of the treated water W1 is supplied to the power generation unit 3, so that the treatment after the anaerobic treatment It is possible to smoothly supply the water W1' to the reaction tank 5, which is the post-treatment, and to facilitate the control of the power generation output of the power generation device 1D.

なお、上述した実施態様は、発電装置及び発電方法の一例を示すものである。本発明に係る発電装置及び発電方法は、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発電装置及び発電方法を変形してもよい。 In addition, the embodiment mentioned above shows an example of a power generation apparatus and a power generation method. The power generation device and power generation method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the power generation device and power generation method according to the above-described embodiments may be modified without changing the gist of the claims. good.

例えば、本実施態様における発電装置は、複数の発電部を備えるものとしてもよい。また、排水処理設備内に本実施態様の発電装置を複数設けるものとしてもよい。これにより、排水処理設備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, the power generation device in this embodiment may include a plurality of power generation units. Also, a plurality of power generators of this embodiment may be provided in the wastewater treatment facility. As a result, it becomes possible to generate power at a plurality of locations by effectively utilizing the treatment in the wastewater treatment facility, and to improve both the wastewater treatment efficiency and the power generation efficiency.

また、本実施態様における発電装置は、処理水の性状変化に応じた発電出力の制御を行う制御部として、複数の要素に対応するものとしてもよい。例えば、処理水の流量を制御するための流量調整機構及び処理水中の還元性物質濃度を制御するための濃度制御機構を組み合わせて設け、それぞれの機構について発電出力が所定の範囲内に維持されるように制御を行うことなどが挙げられる。 In addition, the power generator in this embodiment may correspond to a plurality of elements as a control section that controls the power generation output in accordance with the property change of the treated water. For example, a combination of a flow rate adjustment mechanism for controlling the flow rate of treated water and a concentration control mechanism for controlling the concentration of reducing substances in the treated water is provided, and the power generation output of each mechanism is maintained within a predetermined range. for example, to control

本発明の発電装置及び発電方法は、被処理水を処理することにより還元性物質が発生する嫌気処理を伴う排水処理に適用することで、安定した電力供給源として好適に利用されるものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The power generation device and the power generation method of the present invention can be suitably used as a stable power supply source by applying it to wastewater treatment involving anaerobic treatment in which reducing substances are generated by treating the water to be treated. .

1A,1B,1C,1D 発電装置、2 嫌気処理槽、3 発電部、31a 第1のセル、31b 第2のセル、32a 処理水導入口、32b 処理水排出口、33a,33b 電極、34a 電子受容体供給口、34b 電子受容体排出口、35 イオン交換体、4 制御部、41 演算制御部、42 流量調整機構、43 分岐路、44 演算制御部、45 濃度制御機構、5 反応槽、C 外部回路、L1~L6 配管、W 被処理水、W1,W1′,W2,W3 処理水 1A, 1B, 1C, 1D power generator, 2 anaerobic treatment tank, 3 power generation unit, 31a first cell, 31b second cell, 32a treated water inlet, 32b treated water outlet, 33a, 33b electrodes, 34a electron Receptor Supply Port 34b Electron Acceptor Discharge Port 35 Ion Exchanger 4 Control Unit 41 Operation Control Unit 42 Flow Control Mechanism 43 Branch Channel 44 Operation Control Unit 45 Concentration Control Mechanism 5 Reaction Tank C External circuit, L1 to L6 piping, W water to be treated, W1, W1', W2, W3 treated water

Claims (5)

嫌気処理後の処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応により発電を行う発電部と、
前記発電部における発電出力を所定の範囲内で維持するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする、発電装置。
A power generation unit that generates power by an electrode reaction using a reducing substance in the treated water after anaerobic treatment as an electron donor;
and a control unit that controls the power generation unit to maintain the power generation output within a predetermined range.
前記制御部は、前記発電部に供給する処理水の流量を制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電装置。 2. The power generator according to claim 1, wherein said control unit controls a flow rate of treated water supplied to said power generation unit. 前記制御部は、前記嫌気処理後の処理水中の還元性物質濃度を制御することを特徴とする、請求項1に記載の発電装置。 The power generator according to claim 1, wherein the control unit controls the concentration of reducing substances in the treated water after the anaerobic treatment. 前記嫌気処理後の処理水の一部を前記発電部に供給する分岐路を備えることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の発電装置。 4. The power generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a branch channel for supplying part of the treated water after the anaerobic treatment to the power generation unit. 嫌気処理後の処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応により発電を行う発電ステップと、
前記発電ステップにおける発電出力を所定の範囲内で維持するように制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする、発電方法。


A power generation step of generating power by an electrode reaction using a reducing substance in the treated water after anaerobic treatment as an electron donor;
and a control step of controlling to maintain the power output in the power generation step within a predetermined range.


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