JPH08141574A - 可動型生体触媒電極及び同電極による水処理方法 - Google Patents

可動型生体触媒電極及び同電極による水処理方法

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JPH08141574A
JPH08141574A JP31609394A JP31609394A JPH08141574A JP H08141574 A JPH08141574 A JP H08141574A JP 31609394 A JP31609394 A JP 31609394A JP 31609394 A JP31609394 A JP 31609394A JP H08141574 A JPH08141574 A JP H08141574A
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electrode
water
biocatalyst
electric pole
movable
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Masakazu Kuroda
正和 黒田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中における有用物質の生産、回収、環境汚
染物質の分解等に好適な生体触媒固定化電極及び同電極
による水の処理方法を提供する。 【構成】 陰極と陽極の少なくとも一方が生体触媒を固
定した可動電極である電極、及び前記電極を処理水中に
存在させ水を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微生物菌体、酵素などの
生体触媒の生化学反応と電極表面における電気化学反
応、更には電流により前記生体触媒の生化学反応を向上
させて水中における有用物質の生産、回収、環境汚染物
質の分解などを行うバイオリアクター用の生体触媒固定
化可動型電極及び同固定化可動型電極を用いる水の処理
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】被処理水が供給される処理槽の液中に生
体触媒として好気性や嫌気性の菌を存在させ、水素供与
体として有機物或いは水素等の基質を供給して、処理水
の有機物や無機イオンを分解する方法は公知である。然
しこの方法では有機物を供給する場合には、水の処理効
率を高めるために過剰に供給する必要があり、この場合
は有機物により処理水が汚染する恐れがある。又水素の
場合は水に対する溶解度は小であり、又反応は水素供給
律速であるため汚染物質の完全除去は極めて困難であ
り、更には中間体が生成する恐れがある。本発明者らは
これらの問題点を解決する方法について鋭意研究を行っ
た結果、水処理槽中に陰極用材料に生体触媒を固定化し
た電極を陰極とし、更に陽極を設けて通電することによ
り、水槽中の不純物例えばNO3 -はN2 なることを知
り、特願平4−163381号として出願し、公告決定
された。更に又生体触媒を固定化した粒子を浮遊させる
流動床型電極も開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】然し前述の公知の生体
触媒固定電極は、生体触媒の膜厚の増加による閉塞や処
理液中の固形分の付着、堆積等を生じても目詰まりする
ことなく円滑に水処理が継続し得るように陰極と陽極の
間隔をとる必要がある。このため所要電流に対して高電
圧を必要とし、そのため消費電力量が大きくなるという
問題がある。更に処理水中で電極に固定された生体触媒
は増殖するが、この増殖は制御できないので、液流速の
小さい処理水中では、固定化生物膜内の有効物質移動速
度が変化し、操作時間の経過と共に処理速度が低下する
という問題がある。又固定化生体触媒表面と処理液間の
物質移動速度が小さく、処理速度が操作条件により大き
く変動する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究の結果本発明を完成した。即ち本発明は
陰極と陽極とよりなり、少なくとも一つが生体を固定し
た電極であり且つ少なくともその一つが可動である電極
及び前記可動型電極を水中に存在させ、通電して生体触
媒の生化学及び電気化学的反応による水の処理方法に関
する。尚生体触媒固定電極は陰極のみ、又は両極のいず
れでもよい。又電極はバイオリアクターとして用いられ
るもの、例えば炭素質が使用される。又、生体触媒の電
極の固定は直接、又は支持材を介して、更に包括固定し
てもよい。又、電極としては導電体と同導電体を囲んで
設けられた多孔ホルダー及び導電体と多孔ホルダー間に
充填された生体触媒被覆導電体粒子とよりなるものも好
適である。固定される生体触媒は特に限定されないが、
次にその例を示す。Paracoccus denit
rificans,Micrococcus deni
tricans,Alcaligenous,Pseu
domonas,C.aceticum,A.wood
ii,Methanobacterium,Enter
obacter cloacal,硫酸還元菌等。
【0005】本発明の電極は両極の一つ又は両極が変動
可能であることに特徴があり、その構造は特定されない
が、代表的な例に基づいて本発明を説明する。図1は+
電極と−電極とが夫々別の軸に回転可能に取付けられて
いる模式平面図、図2はその正面図である。図において
1,2は夫々+電極、−電極を取付けるための回転軸で
ある。11,12は軸1,2に取付けられた+電極円
板、−電極円板である。実際に処理すべき水と接触する
場合、どちらか又は両方の電極を回転させる。又回転速
度は同一でもよいし、又変化させてもよい。図3は、一
方の電極が一つの回転軸に、他の電極が前記回転軸の両
側の回転軸に取付けられた模式平面図、図4はその正面
図である。図において例えば2´は+電極を取付けるた
めの回転軸、1´,3´は−電極を取付けるための回転
軸、11´,13´は+電極円板、12´は−電極円板
である。尚、図1〜図4は代表的な例であり、軸の数は
更に増加させることも可能である。
【0006】尚図に示されている例では電極間隔を固定
されているが、回転軸を軸方向に移動可能にしておくと
よい。更に回転軸を1本とし、+電極と−電極とを交互
に配列した構成の可動型電極も本発明に含まれる。図5
は更に他の構成の模式側面図である。図において4は反
応槽、11´´,12´´は夫々槽内に並列して配設さ
れた+電極板、−電極板である。そして各電極板は各個
別に揺動、或いは上下振動可能に配設されている。図6
は更に別の構成を示す平面図、図7はその模式側面図で
ある。図において1´´´,2´´´は夫々+電極、−
電極の回転軸、11´´´,12´´´は夫々の回転軸
に取付けられた+電極円板、−電極円板を示す。5は隔
壁6によって区分された処理槽、7,8は隔壁6に取付
けられた+電極板、−電極板を示す。このような電極配
列のある槽においては矢印の如く処理液は移動する。
又、7,8で示される電極板は円板の液への浸漬割合に
応じてその高さを適宜変更することができる。図6に示
す電解槽を使用することにより、(1)電極間の距離が
一定になり、電場が一様となり、そのため電極表面にお
ける電気化学反応は安定する。(2)電極間を図6に示
すように処理水がう流されるので、その滞流時間は長く
なり、電極との接触効率は良好となる。次に導電体と多
孔ホルダー及び導電体と多孔ホルダー間に充填された生
体触媒被覆導電体粒子とよりなる電極の模式側断面を図
8に示す。図において9は電極軸、10は多孔電極ホル
ダー、11は生体触媒を固定した導電体粒子、12は導
電体である。生体触媒を固定した導電体粒子の径は通常
0.5mmから20mmであり、又それらを充填した層
の厚さは通常2mm〜10mmの範囲であるが、必ずし
もこの範囲に限られるものではない。図8に示される電
極は、陰極、陽極のうちの一つ又は両方でもよい。図に
示す電極は処理される水中に浸漬(必ずしも電極を全部
水中に沈める必要はない。)し、両極間に電圧を負荷す
る。固定電極間に電圧を負荷する方法自体は公知であ
る。然し本発明の電極は電極自体の少なくともその一つ
が可動であることに特徴がある。
【0007】本発明の生体触媒電極は、陽極及び/或い
は陰極として電極間に電流を流し電極表面で発生する酸
素、水素を利用して生体触媒反応により、溶液中の有機
物や無機物を効率よく酸化し還元する。本発明の方法の
適用例としては水中のアンモニアの硝化、脱窒処理、
水中PCE,TCEの有機塩素化合物の処理、溶解
無機陰イオンや陽イオンの酸化、還元による中和或いは
無害化処理等を示すことができる。尚、本発明の電極を
用いて本発明の方法により水処理を行う場合、駆動電
源、水の電解電源として少なくともその一部を太陽電池
を利用すれば、電力消費量の節減が可能となり、更に電
源すべてを太陽電池に求めることができれば本発明方法
をいかなる場所でも実施できることになり、実用的な価
値が増大する。
【0008】
【発明の効果】電極上の固定化生体触媒層の厚さに応じ
て電極間の距離を制御でき又電極自体が動くので、水の
流れの閉塞を防止することができ、且つ電圧を低く保持
できるので消費電力を低くすることができる。電極の回
転速度、振動数、振幅等は自由に変更できるので、固定
化生体触媒の表面の剪断応力は自由に変更できる。電極
上の固定化生体触媒層の厚さを充分に薄く維持できるの
で、生体触媒層内の有効物質移動速度を大きくし、水の
処理速度を大きく、且つ一定に維持できる。電極の運動
に伴う液流速により界面物質移動速度が大きくなり、従
って処理速度が大きくなる。浮遊固形分の多い液や流速
の遅い処理条件でも高い処理速度が得られ、処理対象、
処理操作の範囲が広い。
【0009】
【実施例】
実施例 図3,4に示す本発明の装置を使用した。 11´,13´の陰極 炭素材 厚さ5mm、直径1
00mm 固定生体触媒層の触媒の種類脱窒菌、厚さ50μm 陰極板の数11´ 11枚、12´ 12枚 陽極 炭素材、固定生体触媒 陰極と同じ 水溶液の種類 NO3 -N水溶液(流入濃度 40mg
NO3 -N/l) 陰極板の回転移動速度 600cm/分 陽極板の回転移動速度 600cm/分 電極間距離 3cm 電流量 100mA 以上の条件によりNO3 -N水溶液についてNO3 -N除去
を行った。NO3 -Nの除去率の経時変化、NO3 -Nの濃
度の経時変化を図9の線A,Bに示す。
【0010】比較例 実施例において極板を回転しない以外実施例と同様にN
3 -N水溶液のNO3 -Nの除去を行った。その結果を図
9の線、C,Dに示す。図9のA,BとC,Dを比較す
ることにより可動電極を用いることにより、NO3 -Nの
除去効率が極めて大きくなることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】+電極と−電極が夫々別の回転可能の軸に取付
けられている本発明の電極の模式平面図。
【図2】図の1電極の正面図。
【図3】一つの極の電極が一つの回転軸に、他の極の電
極が前記回転軸の両側に設けられた回転軸に取付けられ
た本発明の電極の模式平面図。
【図4】図3の電極の正面図。
【図5】各個の電極が揺動、上下振動可能である極板で
構成された本発明の電極の模式側面図。
【図6】本発明の回転電極板、及び固定電極板を組合せ
した構成の電極を有する処理槽の一例の平面図。
【図7】図6に示される処理槽の側面図。
【図8】導電体、多孔ホルダー及び多孔ホルダーと導電
体との間に充填された生体触媒被覆導電体粒とよりなる
電極の模式側面図。
【図9】実施例、比較例の処理液中のNO3 -N及びNO
3 -Nの濃度の除去率の経時変化を示す図面。
【符号の説明】
1 +電極の回転軸 1´ +電極の回転軸 1´´´ +電極の回転軸 2 −電極の回転軸 2´ −電極の回転軸 2´´´ −電極の回転軸 3´ +電極の回転軸 4 反応槽 5 処理槽 6 隔壁 7 隔壁に取付けられた+電極 8 隔壁に取付けられた−電極 11 軸1に取付けられた+電極円板 11´ 軸1´に取付けられた+電極円板 11´´ 反応槽4に配設された+電極板 11´´´ 軸1´´に取付けられた+電極円板 12 軸2に取付けられた−電極円板 12´ 軸2´に取付けられた−電極円板 12´´ 反応槽4に配設された−電極板 12´´´ 軸2´´に取付けられた−電極板 13´ 軸3´に取付けられた+電極円板 A 実施例におけるNO3 -Nの除去率の経時変化
を示す線 B 実施例におけるNO3 -Nの濃度変化の経時変
化を示す線 C 比較例におけるNO3 -Nの除去率の経時変化
を示す線 D 比較例におけるNO3 -Nの濃度変化の経時変
化を示す線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極と陽極とよりなり少なくとも一つが
    生体触媒を固定した電極であり、且つ少なくともその一
    つが可動である電極。
  2. 【請求項2】 電極は回転軸と同回転軸に取付けられた
    極板とよりなる請求項1の電極。
  3. 【請求項3】 電極は移動、揺動可能な極板である請求
    項1の電極。
  4. 【請求項4】 電極は導電体と同導電体面に設けられた
    多孔ホルダーに充填された生体触媒被覆導電体粒子とよ
    りなる請求項1〜3の電極。
  5. 【請求項5】 水中に請求項1〜4のいずれか1項であ
    る電極を存在させ、通電して触媒の生化学反応及び電気
    化学反応により水を処理する方法。
  6. 【請求項6】 電源は少なくともその一部が太陽電池で
    ある請求項5の水を処理する方法。
JP31609394A 1994-11-28 1994-11-28 可動型生体触媒電極及び同電極による水処理方法 Pending JPH08141574A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020041692A (ko) * 2000-11-28 2002-06-03 홍성욱 이중구조 전극을 가진 전기화학 응집기 및 이 응집기가구비된 전해처리 시스템
KR100432796B1 (ko) * 2000-11-28 2004-05-22 (주)엔아이워터솔루션 이중구조 전극을 가진 전기화학 응집기 및 이 응집기가구비된 전해처리 시스템
JP2006159112A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 微生物担持電池兼電解装置及びこれを用いた電解方法

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