JPWO2016129678A1 - 積層体及び水処理システム - Google Patents

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Abstract

長期に渡り耐腐食性を高めることができる積層体を提供する。本発明に係る積層体は、非導電性基材と、前記非導電性基材の少なくとも一方の表面を被覆している導電部とを備え、前記導電部が、導電性カーボン材料及び樹脂を含む。

Description

本発明は、非導電性基材の少なくとも一方の表面が導電部により被覆されている積層体に関する。また、本発明は、上記積層体を用いた水処理システムに関する。
近年、廃水等の有機性廃棄物を分解する際にエネルギーを回収する方法として、燃料電池のしくみを利用した微生物燃料電池が注目されている。微生物燃料電池では、廃水及び廃棄物等に含まれる有機性物質を分解する際に微生物が放出した電子を、電極により回収することによって、直接的に電気エネルギーを回収することが可能である。
上記微生物燃料電池の一例が、下記の特許文献１，２に開示されている。具体的には、特許文献１，２では、アノード（負電極）と、イオン透過性膜と、カソード（正電極）とがこの順で並べられており、かつアノードとカソードとが導線により負荷回路に接続されている微生物燃料電池が開示されている。
上記微生物燃料電池を使用する際には、アノードの表面上の空隙の流路に、嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む液を流す。また、カソードの表面上の流路に空気を流し、カソードに空気を接触させる。アノードでは、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成される。水素イオンは、イオン透過性膜を透過して、カソード側に移動して、アノードとカソードとの間に電位差が生じる。この状態で、アノードとカソードとが導線によって負荷回路に接続され、閉回路が形成されていると、生じた電位差と負荷回路に流れた電流との積の分の電気エネルギーを回収できる。
また、上記のような微生物燃料電池に用いられる電極（アノード及びカソード）の材料に関して、特許文献１では、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト及びグラファイトクロスなどの導電性基材が挙げられている。また、特許文献１では、アノードとして、グラファイトフェルトを用い、かつカソードとして、酸素還元触媒である二酸化マンガンを電解析出によって担持させたカーボンペーパーを用いた微生物燃料電池が開示されている。
また、カーボン材料以外の材料が電極に使用されることがある。特許文献２では、導電性プラスチックシートを金属製導電体の両面にコーティングすることによって得られた電極（アノード及びカソード）を用いた微生物燃料電池が開示されている。上記導電性プラスチックシートは、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレート等のプラスチックに、炭素又はグラファイトなどの導電性パウダーを混ぜて得られた導電性プラスチックシートである。
また、微生物燃料電池以外にも、廃水等を処理する幾つかの水処理システムが知られている。水処理システムでは、容器内に、廃水等を浄化等する部材が配置されている。
特開２０１０−９７７２号公報 ＷＯ２０１０／０４９９３６Ａ１
特許文献１に記載のようなグラファイトペーパー、グラファイトフェルト及びグラファイトクロス等のカーボン材料は、上記電極の材料として好適ではあるが、カーボン材料は高価であるという問題がある。
また、特許文献２に記載のように、基材に金属製導電体である電極を用いると、コーティング膜にクラックやピンホール等の欠陥が生じやすい。このため、微生物燃料電池を長期間使用すると、電極が腐食したり、電極が破損したりする可能性がある。
また、従来の電極を用いた微生物燃料電池では、電気エネルギーの回収効率が低いという問題がある。
また、従来の水処理システムでは、廃水等を浄化等する部材の腐食が進行しやすいという問題がある。
本発明の目的は、長期に渡り耐腐食性を高めることができる積層体を提供することである。また、本発明の目的は、上記積層体を用いた水処理システムを提供することである。
本発明の広い局面によれば、非導電性基材と、前記非導電性基材の少なくとも一方の表面を被覆している導電部とを備え、前記導電部が、導電性カーボン材料及び樹脂を含む、積層体が提供される。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記積層体は、水処理に用いられる水処理用部材であるか、又は、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極であり、他の特定の局面では、前記積層体は、水処理に用いられる水処理用部材である。
前記非導電性基材が、液を透過可能であることが好ましく、水を透過可能であることがより好ましい。前記非導電性基材が、メッシュ、織布、不織布又は細孔膜であることが好ましい。前記非導電性基材の材料が、樹脂であることが好ましい。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記導電部の内部又は前記導電部の表面上に配置された酸素還元触媒を備える。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記積層体は、前記導電部を第２の導電部として備え、前記第２の導電部と異なる導電性を有する第１の導電部をさらに備える。
本発明の広い局面によれば、上述した積層体と、水の流入口及び流出口を有する容器とを備え、前記容器内に、前記積層体が配列されており、前記容器は、前記容器内の前記積層体の下方に沈殿部を有する、水処理システムが提供される。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記容器の前記沈殿部の容積が、前記容器の全容積の２０％以上である。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記流入口が、前記容器の側面の上方に配置されており、前記容器は、平面視での前記流入口と前記積層体との間において、前記容器の前記流入口が配置された側面に対面しかつ前記容器の底面から離間した遮蔽部材を有する。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記容器は、平面視での前記積層体と前記流出口との間において、前記容器の上方に開放する越流堰を有する。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記容器の前記流出口の下流に、微生物を利用した廃水処理槽を備える。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記積層体が、平面視において、前記容器内に、前記流入口から流出口に向かう方向に沿って配列されている。
本発明に係る水処理システムのある特定の局面では、前記積層体が、前記容器内に、一定間隔で配列されている。
本発明に係る積層体は、非導電性基材と、上記非導電性基材の少なくとも一方の表面を被覆している導電部とを備え、上記導電部が、導電性カーボン材料及び樹脂を含むので、長期に渡り耐腐食性を高くすることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の第３の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、積層体の形状の例を説明するための模式図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、導電部の形成方法の例を説明するための模式図である。 図６は、導電部の形成方法の他の例を説明するための模式図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す積層体を微生物燃料電池用電極として用いた微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。 図８（ａ）は、本発明の実施形態１の水処理システムを模式的に示す概略平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。 図９（ａ）は、本発明の実施形態２の水処理システムを模式的に示す概略平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。 図１０は、本発明の実施形態３の水処理システムを水処理施設に組み合わせた構成を模式的に示す概略図である。 図１１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の他の実施形態の水処理システムに用いられる積層体を含む部材を模式的に示す概略側面図である。 図１２は、本発明の他の実施形態の水処理システムに用いられる積層体を含む部材を模式的に示す概略断面図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。
積層体１は、例えば、水処理に用いられる水処理用部材、及び、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極等に用いることができる。積層体１が微生物燃料電池用電極である場合に、該電極は、微生物燃料電池において、アノード及びカソードの内の少なくとも一方に用いられる。上記電極は、アノード及びカソードの双方に用いられることが好ましい。
積層体１は、非導電性基材１１と、非導電性基材１１の表面を被覆している導電部１２とを備える。導電部１２は、非導電性基材１１の少なくとも一方の表面上に、非導電性基材１１に接するように配置されている。
積層体１は、非導電性基材１１が導電部１２で被覆されることで構成されている。導電部１２は、非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面上に配置されており、非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面を被覆している。導電部１２は、例えば被膜である。なお、図示の便宜上、図１では、導電部１２は、ある程度の厚みで図示されているが、導電部１２の厚みは特に限定されない。
導電部１２は、導電性カーボン材料及び樹脂を用いて形成されている。導電部１２は、導電性カーボン材料及び樹脂を含む。非導電性基材が導電部で被覆されることで微生物燃料電池用電極が構成されている場合などにおいて、積層体の抵抗率は、１０−４Ω・ｃｍ以上、１０４Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。
図２に示す積層体１Ａでは、導電部１２Ａが非導電性基材１１の厚み方向の両側ではなく、非導電性基材１１の片側の表面上のみに配置されている。導電部１２Ａが非導電性基材１１の片側の表面上のみに配置されていることを除いては、積層体１Ａは、積層体１と同様に形成されている。
導電部は、非導電性基材の厚み方向の片側の表面上のみに配置されていてもよい。導電部は、非導電性基材の片側の表面の全体を被覆していてもよく、非導電性基材の片側の表面の一部を被覆していてもよい。導電部は、非導電性基材の両側の表面の全体を被覆していてもよく、非導電性基材の両側の表面の一部を被覆していてもよい。
図３に示す積層体のように、上記積層体は、上記導電部を第２の導電部として備え、上記第２の導電部と異なる導電性を有する第１の導電部をさらに備えることが好ましい。
カーボン材料は、導電性がさほど高くない。このため、カーボン材料を用いた電極を備える微生物燃料電池では、エネルギーの回収効率が低くなりやすい。一方で、カーボン材料の厚みを増加させれば導電性を向上することができるが、その場合、電極のコストが高くなる。また、従来の電極では、特に、微生物燃料電池を大型化したときに、エネルギーの回収効率が低くなる。また、カーボン材料を用いる場合に、長尺状の電極を得ることが難しいため、連続成形により電極を大量に得ることは困難である。
また、ＷＯ２０１０／０４９９３６Ａ１に記載のような導電性プラスチックシートのハンドリング性を高めるためには、導電性パウダーの含有量を多くすることは困難であり、かつ、導電性プラスチックシートの厚みを薄くすることも困難である。従って、導電性プラスチックシートを金属製導電体の両面にコーティングすることによって得られた電極では、導電性が低くなったり、厚みが厚くなったりするという問題がある。
上記積層体が、上記導電部を第２の導電部として備え、上記第２の導電部と異なる導電性を有する第１の導電部をさらに備えることで、積層体の耐腐食性を高めつつ、大型であっても、積層体を大量にかつ容易に得ることができる。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。
図３に示す積層体１Ｂは、導電部１２に対応する導電部を、導電部１２Ｂ（第２の導電部）として備える。積層体１Ｂは、導電部１２Ｂ（第２の導電部）と異なる導電性を有する導電部１３Ｂ（第１の導電部）をさらに備える。
従って、積層体１Ｂは、導電部全体として、導電部１２Ｂ（第２の導電部）と、導電部１３Ｂ（第１の導電部）とを有する。導電部１２Ｂと、導電部１３Ｂとは、別の領域に形成されている。導電部１２Ｂは導電部１３Ｂに対して異なる導電性を有する。導電部１２Ｂは導電部１３Ｂよりも高い導電性を有することが好ましい。導電部１２Ｂの材料は、導電性材料を含む。導電部１３Ｂの材料は、導電性材料を含む。
積層体１Ｂは、非導電性基材１１と導電部１２Ｂと導電部１３Ｂとで構成されている。
導電部１３Ｂは、非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面上に配置されており、非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面を被覆している。導電部１２Ｂは、導電部１３Ｂを介して非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面上に配置されており、導電部１３Ｂを介して非導電性基材１１の厚み方向の両側の表面を被覆している。なお、図示の便宜上、図３では、導電部１２Ｂ及び導電部１３Ｂは、ある程度の厚みで図示されているが、導電部１２Ｂ、及び導電部１３Ｂの厚みは特に限定されない。
導電部１３Ｂは、面状に形成されている。導電部１３Ｂは、導電層である。導電部１３Ｂは、非導電性基材１１に接している。導電部１３Ｂは、非導電性基材１１の表面上の全体に形成されている。
積層体１Ｂでは、導電部１２Ｂ、導電部１３Ｂ、非導電性基材１１、導電部１３Ｂ及び導電部１２Ｂがこの順で並んで配置されている。
導電部１３Ｂの表面は、導電部１２Ｂにより覆われている。例えば、導電部１３Ｂが金属を含む材料により形成されている場合には、導電部１３Ｂの腐食が生じやすい傾向がある。しかし、導電部１３Ｂの表面を、導電部１２Ｂにより覆うことで、導電部１３Ｂの腐食を抑えることができる。
本実施形態では、非導電性基材の両面を導電部が被覆する形態としたが、非導電性基材の片面を導電部が被覆していてもよい。本実施形態では、導電部は非導電性基材の表面の全体を被覆する形態としたが、非導電性基材の表面の一部を被覆していてもよい。
本実施形態では、第１の導電部及び第２の導電部の両方が非導電性基材の表面の全体を被覆する形態としたが、第１の導電部と第２の導電部の両方又は片方が非導電性基材の表面の一部を被覆していてもよい。第１の導電部と第２の導電部を含む導電部は、非導電性基材の少なくとも一方の表面の一部又は全部を被覆していればよい。
第１の導電部は、非導電性基材の表面上において、直交する２方向に線状に延びていてもよく、パターン状に形成されていてもよく、網状に形成されていてもよい。第１の導電部は、非導電性基材の表面上の一部の領域に形成されていてもよい。第１の導電部が網状でありかつ一部の領域に形成されている場合には、積層体の第１の導電部における導電性材料の使用量は、積層体の第２の導電部における導電性材料の使用量よりも少なくすることができる。このため、コストを低減することができる。
第２の導電部は、第１の導電部がない領域において、非導電性基材に接していてもよい。第２の導電部内に、第１の導電部が埋め込まれていてもよい。第２の導電部は、第１の導電部の表面上の全体に形成されていてもよい。第２の導電部は、非導電性基材の第１の導電部がない領域と第１の導電部との表面上の全体に形成されていてもよい。非導電性基材が樹脂基材である場合に、例えば導電性カーボン材料及び樹脂により形成された第２の導電部は、導電性材料により形成された第１の導電部と比べて、樹脂基材に対して強固に接合させることができる。
積層体の形状は特に限定されない。図４（ａ）〜（ｄ）は、積層体の形状の例を説明するための模式図である。
図４（ａ）に示すように、積層体１Ｃは、板状であってもよく、長尺状であってもよい。図４（ｂ）に示すように、積層体１Ｄは、折り返し部を有していてもよく、ジグザグ状であってもよい。図４（ｃ）に示すように、積層体１Ｅは、環状であってもよく、円環状であってもよい。図４（ｄ）に示すように、積層体１Ｆは、渦巻き状であってもよい。積層体は、フレキシブル性を有することが好ましく、折り曲げ可能であることが好ましい。非導電性基材が金属板ではない場合には、積層体にフレキシブル性を付与し、積層体を折り曲げ可能にすることができる。
導電部は、導電性カーボン材料、樹脂及び有機溶剤を含む導電性カーボン材料含有液を、非導電性基材に塗布した後、上記有機溶剤を蒸発させて除去することにより形成されていることがより好ましい。積層体は、導電性カーボン材料、樹脂及び有機溶剤を含む導電性カーボン材料含有液を、非導電性基材に塗布した後、上記有機溶剤を蒸発させて除去することにより得られていることが好ましい。この場合に、積層体の抵抗率を、好ましい範囲にすることが容易である。
本発明に係る積層体は、非導電性基材と、上記非導電性基材の少なくとも一方の表面を被覆している導電部とを備え、上記導電部が、導電性カーボン材料及び樹脂を含むので、長期に渡り耐腐食性を高めることができる。さらに、導電性を高くし、かつ安価にすることができる。さらに、本発明では、積層体が微生物燃料電池用電極であるときに、該電極を用いた微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率を高めることができる。
積層体の腐食を効果的に抑え、電気エネルギーの回収効率をより一層高め、上記導電部の耐久性を高める観点からは、上記積層体の抵抗率は、好ましくは１０−４Ω・ｃｍ以上、より好ましくは１０−３Ω・ｃｍ以上、更に好ましくは１０−２Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０４Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０３Ω・ｃｍ以下、更に好ましくは１０２Ω・ｃｍ以下である。なお、上記抵抗率は、後述する評価の欄の記載に従って、測定することができる。
積層体の腐食を効果的に抑え、電気エネルギーの回収効率をより一層高め、積層体をより一層安価にすることができることから、上記第１の導電部において、抵抗率は、好ましくは１０−５Ω・ｃｍ以上、より好ましくは１０−４Ω・ｃｍ以上、更に好ましくは１０−３Ω・ｃｍ以上で、好ましくは１００Ω・ｃｍ以下である。また、上記第１の導電部において、厚みは好ましくは３μｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。上記第１の導電部において、導電部を構成する導電材料の被覆重量は好ましくは５ｇ／ｍ２以上、好ましくは２，０００ｇ／ｍ２以下である。
鋭意検討の結果、微生物を担持する導電部においては、導電部を構成する導電材料の被覆重量を大きくしすぎると、導電性が向上するものの、被膜が比較的平滑になるため、比表面積が低下し、高い電気エネルギーの回収効率が得にくいことが明らかになった。このため、電気エネルギーの回収効率をより一層高め、積層体をより一層安価にすることができることから、上記第２の導電部において、抵抗率は、好ましくは１００Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０５Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０４Ω・ｃｍ以下、更に好ましくは１０３Ω・ｃｍ以下である。また、上記第２の導電部において、厚みは好ましくは３μｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。上記第２の導電部において、導電部を構成する導電材料の被覆重量は好ましくは５ｇ／ｍ２以上、好ましくは１，０００ｇ／ｍ２以下である。また、上記第２の導電部の少なくとも一部が露出しており、上記第２の導電部の露出部分は、微生物燃料電池において有機物を含有する液と接触することが好ましい。
積層体をより一層安価にすることができることから、本発明では、非導電性基材の材料は、金属ではないことが好ましい。非導電性基材の材料は、導電性カーボン材料ではないことが好ましい。
従来、金属や、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト及びグラファイトクロス等のカーボン材料が、導電性材料として用いられている。このような金属や、カーボン材料により形成された基材を用いた場合には、積層体のコストが高くなる。これに対して、本発明では、非導電性基材の表面上に配置する材料として、導電性カーボン材料を用いている。このため、積層体全体に含まれる導電性カーボン材料の使用量を少なくすることができる。この結果、積層体のコストがかなり低くなる。
非導電性基材の抵抗率は、一般に１０１０Ω・ｃｍ以上である。上記非導電性基材は、金属基材ではないことが好ましい。上記非導電性基材の材料は、金属ではないことが好ましい。上記金属には、金属の合金が含まれる。耐腐食性能に優れることから、上記非導電性基材は、非導電性樹脂基材、もしくは、非導電性ガラス基材であることが好ましい。上記非導電性基材の材料は、樹脂、もしくは、ガラスであることが好ましい。上記非導電性基材の材料である上記樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。耐腐食性能に優れることから、上記非導電性基材の材料である樹脂は、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリ塩化ビニル樹脂であることが好ましい。
上記非導電性基材は、液を透過可能であることが好ましい。液を透過可能であり、かつ導電部の保持性に優れることから、上記非導電性基材は、メッシュ、織布、不織布又は細孔膜であることが好ましい。
上記導電性カーボン材料含有液は、上記導電性カーボン材料を含む。上記導電性カーボン材料含有液中に、上記導電性カーボン材料は分散されている。上記導電部は、上記導電性カーボン材料を含む。上記導電性カーボン材料は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記導電性カーボン材料としては、炭素繊維、チョップドカーボン、ミルドカーボン、カーボンブラック、活性炭、黒鉛、グラファイト及びカーボンナノチューブ等が挙げられる。積層体の導電性をより一層高くする観点からは、上記導電性カーボン材料は、炭素繊維、チョップドカーボン、ミルドカーボン、カーボンブラック、活性炭、黒鉛、グラファイト又はカーボンナノチューブであることが好ましい。これらの好ましい導電性カーボン材料を用いる場合に、導電性カーボン材料は２種以上が併用されてもよい。
上記導電性カーボン材料のアスペクト比は好ましくは３以上、より好ましくは１０以上である。上記導電性カーボン材料のアスペクト比は、１００以下であってもよく、１０以下であってもよい。上記導電性カーボン材料のアスペクト比が大きいほど、導電性カーボン材料の含有量が同じであるときに、導電性がより一層高くなる。上記アスペクト比は、長軸長さの短軸長さに対する比を示す。
上記導電性カーボン材料としては、例えば大阪ガスケミカル社製「ドナカーボ・ミルド Ｓ−２４４」、伊東黒鉛社製「ＰＣ９９−３００Ｍ」、日本ノリット社製「活性炭タイプＳＸ」、東海カーボン社製「トーカブラック＃５５００」、及びライオン・スペシャリティー・ケミカルズ社製「カーボンＥＣＰ」等が挙げられる。
上記導電性カーボン材料含有液において、上記樹脂１００重量部に対して、上記導電性カーボン材料の含有量は好ましくは１０重量部以上、より好ましくは３０重量部以上、好ましくは１０００重量部以下、より好ましくは５００重量部以下である。上記導電部において、上記樹脂に由来する樹脂成分（樹脂）１００重量部に対して、上記導電性カーボン材料の含有量は好ましくは１０重量部以上、より好ましくは３０重量部以上、好ましくは１０００重量部以下、より好ましくは５００重量部以下である。上記導電性カーボン材料の含有量が上記下限以上であると、積層体の導電性がより一層高くなる。上記導電性カーボン材料の含有量が上記上限以下であると、導電部が脆くなり難い。
上記導電性カーボン材料含有液は、上記樹脂を含む。上記導電部を形成するために、上記樹脂を用いることが好ましい。上記第２の導電部を形成するために、上記樹脂を用いることが好ましい。上記樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記導電性カーボン材料含有液に含まれる上記樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。導電性カーボン材料の分散性がよく、水への溶解性が低く、水以外の多くの有機溶剤への溶解性が高く、蒸発除去が容易であり、更に微生物により分解されにくいため、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂又はポリビニルブチラール樹脂が好ましい。
上記導電性カーボン材料含有液に含まれる上記樹脂は、架橋性樹脂であることが好ましい。上記導電部を形成するために、上記架橋性樹脂を架橋させることが好ましい。上記第２の導電部を形成するために、上記架橋性樹脂を架橋させることが好ましい。上記有機溶剤を蒸発させて除去した後に、上記架橋性樹脂を架橋させることが好ましい。但し、上記有機溶剤を蒸発させる前又は蒸発させる時に、上記架橋性樹脂を架橋させてもよい。上記架橋性樹脂を架橋させることで、積層体の耐久性が高くなる。また、緻密な導電部を形成でき、導電部の非導電性基材の表面からの剥離を抑えることができ、更に積層体の導電性をより一層高めることができる。上記導電部は、上記樹脂（架橋性樹脂など）に由来する樹脂成分（架橋した樹脂などの樹脂）を含む。上記導電部は、上記架橋性樹脂が架橋した樹脂（樹脂成分）を含むことが好ましい。上記第２の導電部は、上記樹脂（架橋性樹脂など）に由来する樹脂成分（架橋した樹脂などの樹脂）を含むことが好ましい。上記第２の導電部は、上記架橋性樹脂が架橋した樹脂（樹脂成分）を含むことが好ましい。
上記架橋性樹脂を架橋させる方法としては特に限定されず、ラジカル開始剤を用いる架橋方法、紫外線、電子線又は放射線等の活性放射線による架橋方法、硬化剤を用いる架橋方法、並びに架橋剤を用いる架橋方法等が挙げられる。
上記導電性カーボン材料含有液は、上記有機溶剤を含む。上記有機溶剤は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記有機溶剤としては特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｎ−オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸−ｎ−ブチル、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ナフサ、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、メチレンクロライド、プロピレンクロライド、エチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、トルエン、キシレン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、酢酸、テルピネオール、ブチルカルビトール及びブチルカルビトールアセテート等が挙げられる。なかでも、適度な温度で蒸発させることができ、更に導電性カーボン材料の分散性に優れていることから、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン又はナフサが好ましい。
上記導電性カーボン材料含有液において、上記樹脂１００重量部に対して、上記有機溶剤の含有量は好ましくは３０重量部以上、より好ましくは５０重量部以上、好ましくは１０００重量部以下、より好ましくは５００重量部以下、更に好ましくは３００重量部以下である。上記有機溶剤の含有量が上記下限以上であると、導電性カーボン材料含有液の粘度がより一層低くなり、導電性カーボン材料含有液の塗布性がより一層高くなる。上記有機溶剤の含有量が上記上限以下であると、有機溶剤を蒸発させるための時間がより一層短くなる。
上記導電性カーボン材料含有液における有機溶剤の含有量は、導電性カーボン材料含有液を塗布する際に適用される塗布方法に適した粘度となるように適宜調整することができる。
導電部を形成する材料は、金属もしくは少なくとも一部が金属で構成される材料であることが好ましい。上記第１の導電部は、導電性カーボン材料以外の導電性材料により形成されていることが好ましく、上記第１の導電部の材料は金属を含むことが好ましい。上記金属は、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、黄銅、カリウム、リチウム、鉄、白金、錫、クロム、鉛、チタン、水銀等、これらの少なくとも１つを含む合金、又は、ステンレス等であることが好ましい。耐腐食性を高める観点から、銀、金、タングステン、白金、錫、クロム、チタン、ステンレスがより好ましい。
上記非導電性基材又は上記第１の導電部に上記導電性カーボン材料含有液を塗布する方法は、特に限定されない。この塗布方法としては、スプレー塗布、カーテンフロー塗布、ロールコート、ハンドレイアップ、スプレーアップ、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、及びインクジェット印刷等が挙げられる。有機溶媒の蒸発による除去は常温で行われてもよく、加温により行われてもよい。
良好な導電部を形成可能であることから、上記非導電性基材上又は上記第１の導電部上に、導電部を形成するための上記導電性カーボン材料及び樹脂を配置する方法は、ロール・ツー・ロール方式であることが好ましい。
図５（ａ）及び（ｂ）は、導電部の形成方法の例を説明するための模式図である。
図５（ａ）に示すように、ロール状の非導電性基材４２を展開し、非導電性基材４２の表面上に、ロール状の第１の導電部４３を展開することで、非導電性基材４２の表面上に、第１の導電部４３を形成してもよい。ここでは、第１の導電部４３は、非導電性基材４２の表面上において、直交する２方向に線状に延びており、網状に形成されている。
次に、図５（ｂ）に示すように、積層体４１を得るために、第１の導電部４３が形成された非導電性基材４２上に、例えば導電性カーボン含有液を塗布し、非導電性基材４２及び第１の導電部４３の表面上に、第２の導電部４４を形成してもよい。
図６は、導電部の形成方法の他の例を説明するための模式図である。
図６に示すように、積層体４１Ａを得るために、ロール状の非導電性基材４２Ａを展開し、非導電性基材４２Ａの表面上に、導電性カーボン材料含有液を塗布し、非導電性基材４２Ａの表面上に、導電部４３Ａを形成してもよい。
上記非導電性基材の厚みは、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、好ましくは５００ｍｍ以下、より好ましくは２００ｍｍ以下である。上記非導電性基材の厚みが上記下限以上であると、破損がより一層生じ難くなる。上記非導電性基材の厚みが上記上限以下であると、内部抵抗が低く、効率的に電気エネルギーを回収できる。
上記非導電性基材の上記導電性カーボン材料及び樹脂による被覆重量（上記非導電性基材の単位外形面積あたりの上記導電性カーボン材料及び樹脂による被覆重量）は好ましくは５ｇ／ｍ２以上、好ましくは４，０００ｇ／ｍ２以下、より好ましくは１，０００ｇ／ｍ２以下である。上記非導電性基材の表面上において、上記導電性カーボン材料及び樹脂に起因して形成される導電部（第１の導電部及び第２の導電部の合計の厚み）の厚みは、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、好ましくは２，０００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下である。上記被覆重量及び上記導電部の厚みが上記下限以上であると、積層体の導電性がより一層高くなる。上記被覆重量及び上記導電部の厚みが上記上限以下であると、積層体のコストがより一層低くなる。また、上記導電性カーボン材料は、上記非導電性基材内に含まれてもよい。
上記積層体又は上記第１の導電部の被覆重量は好ましくは５ｇ／ｍ２以上、好ましくは２，０００ｇ／ｍ２以下である。上記積層体又は上記第１の導電部の表面上において、上記第２の導電部の厚みは、好ましくは３μｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。上記被覆重量及び上記第２の導電部の厚みが上記下限以上であると、積層体の導電性がより一層高くなる。上記被覆重量及び上記第２の導電部の厚みが上記上限以下であると、積層体のコストがより一層低くなる。また、上記導電部を構成する材料は、上記非導電性基材内に含まれてもよい。
上記非導電性基材には、酸素還元触媒が坦持又は塗布されていることが好ましい。上記積層体は、上記非導電性基材の内部又は上記非導電性基材の表面上に配置された酸素還元触媒を備えることが好ましい。上記積層体は、上記導電部の内部又は上記導電部の表面上に配置された酸素還元触媒を備えることが好ましい。
積層体における酸化還元性能をより一層高める観点からは、上記導電性カーボン材料含有液が、酸素還元触媒を含むことが好ましい。また、積層体における酸化還元性能をより一層高める観点からは、上記積層体は、上記有機溶剤を蒸発させて除去した後、酸素還元触媒を塗布することにより得られることが好ましい。積層体における酸化還元性能をより一層高める観点からは、上記積層体において、上記非導電性基材は、酸素還元触媒を担持していることが好ましい。上記酸化還元触媒は、上記導電部内に含まれることが好ましい。
上記酸素還元触媒としては、白金等の貴金属触媒、鉄系触媒、マンガン系触媒及びカーボンアロイ系触媒等が挙げられる。上記白金等の貴金属触媒を用いる場合には、酸化還元性能がより一層高くなる。上記鉄系触媒、上記マンガン系触媒及び上記カーボンアロイ系触媒を用いる場合には、コストがより一層低くなる。上記酸素還元触媒は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記積層体を微生物燃料電池用電極として用いる場合に、上記積層体の表面上に絶縁体を配置することにより、電極積層体を得ることができる。電極積層体は、積層体（電極）と、積層体の表面上に配置された絶縁体とを備える。
上記絶縁体の材料は樹脂であることが好ましい。上記絶縁体の材料である上記樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。絶縁性に優れることから、上記絶縁体の材料である樹脂は、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリ塩化ビニル樹脂であることが好ましい。
上記絶縁体は、液を透過可能であることが好ましい。上記絶縁体は、メッシュ、織布、不織布又は細孔膜であることが好ましい。
絶縁体の剥離を抑える観点からは、上記絶縁体が、上記積層体と熱融着されていることが好ましい。
上記非導電性基材の第１の表面が導電部で被覆され、上記非導電性基材の第２の表面において上記非導電性基材が露出していてもよい。上記非導電性基材の第１の表面が導電部で被覆され、上記非導電性基材の第２の表面において上記非導電性基材が露出していてもよい。上記の積層体を用いることで、絶縁体を用いることなく、アノードとカソードとの間の絶縁を維持したまま、アノードとカソードとから構成される電極積層体を形成することができる。また、上記非導電性基材の第２の表面において上記非導電性基材が露出していれば、上記導電性カーボン材料は、上記非導電性基材内に含まれてもよい。
上記微生物燃料電池は、電極積層体と、アノードとカソードとを接続している導線とを備えることが好ましい。上記微生物燃料電池では、上記アノード及び上記カソードの内の少なくとも一方として、上述した電極積層体が用いられていることが好ましい。
上記微生物燃料電池は、アノードと、カソードと、上記アノードと上記カソードとを接続している導線とを備えることが好ましく、上記アノード及び上記カソードの内の少なくとも一方が、上述した積層体であることが好ましい。上記アノード及び上記カソードの内の双方が、上述した積層体であることが好ましい。
図７（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す積層体を微生物燃料電池用電極として用いた微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。
図７（ａ）に示す微生物燃料電池２１では、電極積層体３１が用いられている。
電極積層体３１は、アノード３２と、絶縁体３３と、カソード３４とを備える。アノード３２と、絶縁体３３と、カソード３４とがこの順で並んで配置されている。絶縁体３３は、アノード３２の表面上に、アノード３２に接するように配置されている。カソード３４は、絶縁体３３のアノード３２側とは反対の表面上に、絶縁体３３に接するように配置されている。アノード３２及びカソード３４の内の少なくとも一方として、例えば、図１〜３に示すような積層体（微生物燃料電池用電極）１，１Ａ，１Ｂを用いることができる。また、アノード３２と絶縁体３３は、非導電性基材の第１の表面が導電部で被覆され、上記非導電性基材の第２の表面において上記非導電性基材が露出しているアノードに置き換え、上記第２の表面がカソードと接するように配置してもよい。
微生物燃料電池２１は、電極積層体３１と、複数の空気供給部３６とを備える。空気供給部３６から、電極積層体３１に、空気を供給可能である。空気供給部３６は、空気室３７と、空気室３７を取り囲む透気性防水性フィルム３８とを有する。透気性防水性フィルム３８と空気室３７と透気性防水性フィルム３８とがこの順で並んで配置されている。２つの透気性防水性フィルム３８の外周縁は密閉されている。電極積層体３１は、複数の空気供給部３６と接している。
複数の空気供給部３６は間隔を隔てて、並んで配置されている。電極積層体３１は、長尺状である。電極積層体３１は、複数の空気供給部３６をまたがるように、配置されている。第１の空気供給部３６に接している電極積層体３１は、第１の空気供給部３６の隣の第２の空気供給部３６に向かって延びており、第２の空気供給部３６に接している。さらに、第２の空気供給部３６に接している電極積層体３１は、第２の空気供給部３６の隣の第３の空気供給部３６に向かって延びており、第３の空気供給部３６に接している。さらに、第３の空気供給部３６に接している電極積層体３１は、第３の空気供給部３６の隣の他の空気供給部３６に向かって延びており、他の空気供給部３６に接している。
微生物燃料電池２１では、透気性防水性フィルム３８に、カソード３４が接している。透気性防水性フィルム３８とカソード３４とで、エアカソードが構成されている。
電極積層体３１及び空気供給部３６は、有機性物質を含む液の入った容器２６内に配置されている。
図７（ａ）では、電極積層体３１は略図的に示されている。電極積層体３１のアノード３２とカソード３４とは、図示しない導線により接続されている。
上記アノードでは、表面に微生物が付着していることで、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成可能になる。また、必要に応じて、上記アノードにメディエータ（電子伝達体）が担持されていてもよく、微生物にメディエータ（電子伝達体）を加えてもよい。
微生物を効果的に担持可能であるように、アノードの比表面積が大きいことが好ましい。アノードの体積に対するアノードの面積の比率が大きいことが好ましい。また有機性物質を含む液を通過可能であるように、上記アノードは、孔を有することが好ましく、多孔質体であることが好ましい。上記微生物燃料電池用電極以外のアノードを用いる場合に、上記アノードの材料は、微生物を担持可能でありかつ導電性材料であれば特に限定されない。導電性材料としては、炭素繊維やチタンなどの各種の導電性金属が挙げられる。上記アノードの形態としては、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。アノードの具体例としては、カーボンペーパー、カーボンフェルト、ポーラスカーボン、カーボンクロス（炭素織布）、金属メッシュ、及び金属メッシュにカーボンブラック又は炭素繊維等をコーティングしたコーティング物等が挙げられ、上記金属メッシュとしては、ステンレス及びチタン等が挙げられる。上記アノードは、比表面積を高めるために表面処理されていてもよい。
上記アノードの厚みは、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、好ましくは５００ｍｍ以下、より好ましくは２００ｍｍ以下である。上記アノードの厚みが上記下限以上であると、微生物をより一層効果的に担持可能である。上記アノードの厚みが上記上限以下であると、内部抵抗が低くなり、効率的に電気エネルギーを回収できる。
上記カソードの上記アノード側の表面と、上記アノードの上記カソード側の表面との間の間隔は、好ましくは５００ｍｍ以下、より好ましくは２００ｍｍ以下である。上記間隔が上記上限以下であると、内部抵抗が低くなり、効率的に電気エネルギーを回収できる。
上記アノードと、上記カソードとの間に、絶縁体が配置されていることが好ましい。
上記絶縁体の材料は特に限定されない。上記絶縁体は、セパレータであってもよい。上記絶縁体は、イオン透過性膜であってもよい。上記イオン透過性膜は、セパレータとして機能することができる。上記イオン透過性膜としては、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜（陽イオン交換膜）が好ましく用いられる。これ以外のイオン透過性膜を用いてもよい。スルホン酸基は親水性があり、高い陽イオン交換能を持つ。また、より安価なイオン透過性膜として、主鎖部のみをフッ素化したフッ素樹脂系イオン交換膜や、芳香族炭化水素系膜も利用できる。有機性物質と上記カソードとを陽イオン交換膜で隔離した場合には、上記アノードでの反応で発生した水素イオンが、陽イオン交換膜を介して上記カソードに効果的に供給されて、上記カソードでの酸素の還元に効果的に用いられる。
上記イオン透過性膜の市販品としては、例えばデュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ １１５」、ＩＯＮＩＣＳ社製「ＮＥＰＴＯＮ ＣＲ６１ＡＺＬ−３８９」、トクヤマ社製「ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＣＭ−１」及び「ＣＭＢ」、並びに旭硝子社製「Ｓｅｌｅｍｉｏｎ ＣＳＶ」等が挙げられる。
また、上記イオン透過性膜の材料はイオン交換樹脂に限定されず、ろ紙等のイオンが透過可能な材料であってもよい。上記ろ紙の市販品としては、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｊａｐａｎ社製「ろ紙 Ｃａｔ．Ｎｏ．１００４−２４０」等が挙げられる。
上記イオン透過性膜の厚みは、好ましくは１０μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以下である。上記イオン透過性膜の厚みが上記下限以上であると、破損がより一層生じ難くなる。上記イオン透過性膜の厚みが上記上限以下であると、水素イオンがより一層効率的に移動する。
水素イオンの移動効率を高めるためには、上記カソードと上記イオン透過性膜との間の間隔はなるべく狭いほうがよく、上記カソードと上記イオン透過性膜とは接していることが好ましい。特に、上記イオン透過性膜の一部が上記カソードの多孔質構造内部の空隙内に網目状に侵入していると、多孔質構造中に含まれる空気と電解質膜などのイオン透過性膜に含まれる水とで形成される接触界面（水と空気との接触界面）の面積が飛躍的に増大する。このため、空気中の酸素を還元する反応効率が増大して、電気エネルギーの回収効率がかなり高くなる。
上記有機性物質を含む液としては特に限定されないが、廃水、廃液、し尿、食品廃棄物、その他の有機性廃棄物及び汚泥等が挙げられる。上記微生物燃料電池は、電気エネルギーを回収可能な廃液処理装置として好適に用いられる。
上記微生物としては、嫌気性微生物及び好気性微生物が挙げられる。微生物は、嫌気性微生物であることが好ましい。嫌気性微生物は、嫌気性下で生育可能である。微生物は、好気性微生物であってもよい。
上記微生物としては、微生物の細胞膜内で電子伝達系を終結しない微生物が望ましい。細胞膜外で電子をアノードで捕捉しやすく、アノードへの電子伝達を触媒する微生物を利用することが望ましい。上記微生物として、硫黄Ｓ（０）還元菌、三価鉄Ｆｅ（ＩＩＩ）還元菌、二酸化マンガンＭｎＯ２還元菌、及び脱塩素菌などが好ましく用いられる。上記微生物として、例えばＤｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ ｓｐ．、Ｄｅｓｕｌｆｉｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．、Ｇｅｏｂｉｖｒｉｏ ｔｈｉｏｐｈｉｌｕｓ ｓｐ．、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｔｈｉｏｓｕｌｆａｔｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｔｈｅｒｍｏｔｅｒｒａｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｇｅｏｔｈｒｉｘ ｓｐ．、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．、Ｇｅｏｇｌｏｂｕｓ ｓｐ．、及びＳｈｅｗａｎｅｌｌａ ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ ｓｐ．などが特に好ましく用いられる。これらの微生物は、有機性物質中において主要な微生物ではないことが多い。このため、アノードにこれらの微生物を植菌し、アノードにこれらの微生物を担持させてもよい。
また、微生物燃料電池の使用開始時には微生物反応室内にこれらの微生物の増殖に適当な培地を供給することが望ましい。さらに、上記アノードの電位を高く維持することにより、上記アノードでのこれらの微生物の増殖を促すことがより望ましい。これらの微生物（群）を前培養もしくは微生物反応室内で培養するための方法として、スラリー状の硫黄、三価鉄、二酸化マンガンなどを電子受容体とする培地が各種報告されている。例えば、Ａｎｃｙｌｏｂａｃｔｅｒ／Ｓｐｉｒｏｓｏｍａ培地、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ培地、及びＦｅ（ＩＩＩ） Ｌａｃｔａｔｅ Ｎｕｔｒｉｅｎｔ培地などが好ましく用いられる。
上記微生物燃料電池は、導電性が高く、耐腐食性が高く、かつ安価である微生物燃料電池用電極を備えていることから、電気エネルギーの回収効率が高く、長期使用に耐え、かつ安価であるという利点を有する。上記微生物燃料電池では、曝気の必要がなく、電気エネルギーの回収効率が高いので、省エネルギーの廃水処理装置として有効利用することができ、環境負荷の低減に大きく寄与する。
上記積層体は、生物処理に好適に用いられ、生物による処理に好適に用いられる。上記積層体は、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極以外にも、水処理に用いられる水処理用部材、並びに、電気合成微生物の培養槽等に用いることができる。上記積層体は、水処理に用いられる水処理用部材であるか、又は、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極であることが好ましい。上記積層体は、水処理に用いられる水処理用部材であってもよく、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極であってもよい。
上記積層体は、該積層体と、廃水の流入口及び流出口を有する容器とを備える水処理システムに好適に用いることができる。上記容器内に、上記積層体が配列されていることが好ましい。上記容器は、上記容器内の上記積層体の下方に沈殿部を有することが好ましい。上記水処理システムは、上記容器の上記流出口の下流に、微生物を利用した廃水処理槽を備えることが好ましい。
〔水処理システムにおける容器〕
上記容器は、積層体及び有機物を含有する水を収容し、積層体に水を接触させるための部材である。上記水としては、廃水等が挙げられる。上記廃水は、家庭及び産業廃液、し尿、食品廃棄物、その他の有機性廃棄物及び汚泥等を包含する。
上記容器の大きさ及び形状等は特に限定されず、数リットルの実験室用の大きさから数千立方メートルの水処理プラントの大きさに適宜設定することができ、円、楕円又は多角形の柱状、錐状、錐台状等及びこれらに近似する形状に適宜設定することができる。上記容器の形状は、直方体、立方体等の四角柱の形状又はこれに近似する形状であることが好ましい。
上記容器として、水処理施設において設置されている種々の池、タンク、槽のいずれを利用してもよい。例えば、既存の水処理施設等にて、一般に活性汚泥法で用いられる沈砂池、最初沈殿池、反応タンク、最終沈殿池及びこれらに相当する槽等を利用することができる。最初沈殿池及びこれに相当する槽等が好ましい。上記容器として、既存の水処理施設における各種槽を利用することができる。このように、例えば、既設の最初沈殿池の上方に、積層体を設けることにより、水を処理することができ、例えば有機物の一部を分解させることができる。この結果、既存の水処理施設において、後段に生物処理槽（活性汚泥槽等）を設ける場合には、生物処理槽の必要容量を削減でき、より効率的に水処理を実現することができる。
上記容器は、鉛直方向における上方等が、開放されていてもよく、密閉されていなくてもよい。
上記容器は、水の流入口及び流出口を備える。流入口及び流出口はそれぞれ、複数あってもよい。水処理システムのシンプル化の観点から、流入口及び流出口はそれぞれ、１つであることが好ましい。流入口及び流出口の大きさ及び形状は、容器の大きさによって適宜設定することができる。
上記容器が四角柱又はこれに近似する形状である場合、流入口及び流出口は、容器の側面にそれぞれ配置されることが好ましく、特に、対向する側面にそれぞれ配置されることが好ましい。流入口及び流出口の位置は、鉛直方向及び水平方向において互いに異なっていてもよい。流入口及び流出口は、鉛直方向又は水平方向において同様の位置に配置されていることが好ましく、鉛直方向又は水平方向において同じ位置に配置されていることがより好ましい。流入口及び流出口は、容器の側面の上方に配置されていることが更に好ましい。
上記容器は、その内部に配列された複数の積層体の下方に、沈殿部が設けられていることが好ましい。これにより、沈殿部で効果的に固形物等を沈殿させることができるため、積層体間及びこの積層体の内部（電極間など）等に、固形物が詰まることを防止することができる。
積層体の下方とは、積層体の最下端よりも下側の部位を含み、積層体の最下端よりも上方又は最下端と同等の高さを含む部位であってもよい。沈殿部は、例えば、容器の注入口から導入される水の流れに起因する攪拌によって、沈殿物がかき上げられることがない程度に、容器の下方において、所定の深さで配置されることが好ましい。沈殿部の位置及び深さは、例えば、容器の大きさ、流入口から導入される水の速度等によって適宜調整することができる。沈殿部は、流入口側において、容器深さの最底から１／５〜１／２程度の位置及び深さで配置されることが好ましい。容器の沈殿部の容積は、容器の全容積の２０％以上であることが好ましい。また、容器の沈殿部の容積は、容器の全容積の５０％以下であることが好ましい。
上記沈殿部は、例えば、底部等に固形物を一次貯留できる空間である。沈殿部の底面は、固形物が沈殿及び貯留しやすいように傾斜していることが好ましい。上記沈殿部の平面視での形状が四角形である場合には、上記沈殿部が、流出口側に向かうにつれて徐々に又は段階的に浅くなっていることが好ましい。上記沈殿部は、流出口側で急激に浅くなっていてもよい。また、上記沈殿部の平面視での形状が円形である場合には、上記沈殿部は、中央に向かうにつれて徐々に又は段階的に深くなっていることが好ましい。
上記容器は、容器内での水の流れを制御するための遮蔽部材を有していてもよい。上記容器は、越流堰を有していてもよい。
上記遮蔽部材は、例えば、流入口から導入された水を、容器の水平方向又は鉛直方向に広げるために設けられる部材である。遮蔽部材は、邪魔板として機能する。遮蔽部材は、導入される水を容器の水平方向又は鉛直方向に効率的に広げるために、板状の形状を有することが好ましい。遮蔽部材は、流入口よりも大きな平面積を有し、流入口が配置された容器の一面の水平方向の幅と同程度以下の幅を有することが好ましい。遮蔽部材は、流入口が配置された容器の一面の鉛直方向の高さ（長さ）のうち、沈殿部として機能しない部位の８０％（好ましくは７０％、より好ましくは６０％）程度以下の高さ（長さ）を有することが好ましい。通常、容器は、容器の下方に沈殿部を有し、沈殿部は、上述したように、容器深さの最底から１／５〜１／２程度の位置及び深さで配置されることが好ましい。このため、遮蔽部材は、容器の流入口側では、容器の鉛直方向の全高さ（長さ）に対して、７５％（好ましくは６５％、より好ましくは６０％）程度以下の高さ（長さ）に配置されていることが好ましい。
遮蔽部材は、流入口の近傍において、流入口に対面し、かつ、流入口が配置された側面に対面して配置されていることが好ましく、流入口が配置された容器の側面に平行に配置されていることがより好ましい。また、遮蔽部材は、遮蔽部材の流入口からより遠い部位が容器から離間するように、特に、容器の底面から遮蔽部材が離間するように配置されていることが好ましい。
流入口が容器の側面の上方に配置されている場合には、遮蔽部材は、平面視での流入口と積層体との間に配置され、容器の流入口が配置された側面に対面しかつ容器の底面と離間して配置されていることが好ましい。遮蔽部材は、容器の２つの対向する側面と連結するように配置されていることが好ましい。遮蔽部材の上端は、容器内に収容される水の水面より高い位置に配置されていることが好ましい。このような遮蔽部材によって、流入口から導入された水を、容器の水平方向又は鉛直方向に効率的に広げることができ、積層体に対して、水をより一層均一に、かつ、より一層大きな面積で接触させることができ、発電量を向上させることができる。
上記越流堰は、例えば、流入口から導入され、容器の水平方向又は鉛直方向に広がった水の流れを、流出口の近傍まで維持する。上記越流堰は、水が、直接流出口に向かって流れないように、水の流れを緩和する。越流堰は、流出口から離間して、流出口の近傍において、流出口を水平方向及び鉛直方向において覆うように配置されていることが好ましい。例えば、越流堰は、流出口が配置された容器の一面の水平方向の幅と同程度以下の幅、流出口の直径（又は長さ）の５００％程度以下の高さで水平方向において流出口を被覆し、かつ、流出口の直径（又は長さ）の５００％程度以下の距離で鉛直方向において流出口を被覆していることが好ましい。
流出口が容器の側面の上方に配置されている場合には、越流堰は、平面視での積層体と流出口との間において、流出口が配置された側面と平行に対面し、かつ流出口が配置されていない容器の２つの対向する側面と連結するとともに、流出口が配置された面と垂直に連結し、かつ流出口の下方を覆うように配置されていることが好ましい。越流堰は、容器の上方において開放するように配置されていることが好ましい。このような越流堰によって、流入口から導入され、容器の水平方向又は鉛直方向に広げられた水を、より長時間又は長距離にわたって維持することができ、積層体に対して、水をより一層均一に、かつ、より一層大きな面積で接触させることができる。よって、発電量を向上させることができる。
本明細書において、平行及び垂直とはそれぞれ、基準となる面又は線に対して、±２０度程度、好ましくは±１０度程度の傾斜を許容する。また、平面視とは、容器の上方（例えば、開放された側）から見た場合を意味する。
〔水処理システムにおける積層体〕
上記容器内には、複数の積層体が収容されていることが好ましい。容器内において、沈殿部の上方に複数の積層体が配置されていることが好ましい。このような位置に積層体を配置することにより、沈殿部に沈殿した固形物が長時間滞留により可溶化し、溶出する。従って、発電効率を向上させることができる。
上記積層体は、容器の平面視において、容器内に、流入口から流出口に向かう方向に沿って配列されていることが好ましい。水を容器の流入口から導入し、流出口から排出する場合に、その水の流れを遮断しない方向に配列されていることが好ましい。従って、積層体が、流入口及び流出口が容器の対向する面の水平方向において同様の位置に配置されている場合には、積層体は、平面視において、流入口と流出口とを結ぶ直線Ａに平行に配置されていることが好ましい。積層体が、流入口及び流出口が容器の対向する面の水平方向において異なる位置に配置されている場合には、積層体は、平面視において、流入口と流出口とを結ぶ直線Ａに平行に配置されていてもよい。積層体は、流入口及び流出口が形成された対向する側面の最短距離となる直線Ｂに平行に配置されていることが好ましい。このような積層体の配置によって、複数の積層体のいずれにおいても、流入口から導入される水における有機物濃度を同程度にすることができるため、複数の積層体において、積層体当たりの発電量の均一化を図ることができる。その結果、水処理システム全体での発電量を向上させることができる。
複数の積層体は、それぞれ一定の間隔で配列されていることが好ましい。このような配置によって、複数の積層体に接触する水において、積層体当たりの発電量の均一化を図ることができる。間隔は、容器の大きさ、用いる積層体の大きさ、積層体を構成するアノード及びカソードの厚み等によって適宜設定することができる。
以下、水処理システムの具体的な実施形態を説明する。
（実施形態１）
図８（ａ）〜（ｃ）に示す水処理システム５０は、容器５１と、容器５１中に収容された複数の積層体を含む部材５２とを備える。積層体を含む部材５２は、電極ユニットであってもよい。電極ユニットは、空気室を構成するように対面して配置されたカソードと、これらカソードと離間し、互いに対面して配置されたアノードとを含んでいてもよい。アノードとカソードとは、導線等で接続されていてもよい。上記アノート及び上記カソードの内の少なくとも一方が、上記積層体であることが好ましい。
容器５１は、例えば、平面視において、長方形形状（４ｍ×６ｍ）を有する。容器５１の上方は、開放されている。容器５１の深さは、一方側で４ｍであり、他方側で２ｍである。容器５１の深さは、一方側から他方側にかけて徐々に浅くなっている。
容器５１では、水５６用の流入口５１ａ及び流出口５１ｂがそれぞれ１つずつ、容器５１の対面する側面に設けられている。流入口５１ａ及び流出口５１ｂは、いずれも、容器５１の側面の水平方向の中央に配置されており、鉛直方向では上方に配置されている。流入口５１ａ及び流出口５１ｂの直径は、例えば、１５ｃｍである。
容器５１内であって、容器５１の下方（底部）には沈殿部５１ｃが設けられている。沈殿部５１ｃは、例えば、容器５１の全容積の３５％程度を占めている。沈殿部５１の深さは、例えば、流入口５１ａ側で２．１ｍであり、流出口５１ｂ側で０．１ｍである。沈殿部５１ｃの深さは、一方側から他方側にかけて徐々に浅くなっている。
容器５１内には、水５６が収容されており、通常、水面は、積層体を含む部材５２を略完全に浸漬する位置に配置されている。
容器５１では、流入口５１ａからの水５６の流入速度は１ｍ／秒程度に設定されており、８〜２４時間程度かけて流出口５１ｂから水が流出される。沈殿部５１ｃには、固形物が沈殿している。
容器５１内に収容された積層体を含む部材５２は、平面視において流入口５１ａから流出口５１ｂに向かう方向に沿って配列されている。水を容器５１の流入口５１ａから導入し、流出口５１ｂから排出する場合に、積層体を含む部材５２は、水の流れを遮断しない方向に配列されている。ここでは、複数の積層体を含む部材５２は、いずれも流入口５１ａと流出口５１ｂとを結ぶ直線に平行に配置されており、互いに一定間隔（例えば、１０ｃｍ）で並んでいる。
例えば、上述したように、容器の深さが２ｍ、奥行きが６ｍである場合、積層体を含む部材５２の大きさは、例えば、１．６ｍ×３．６ｍ程度である。
（実施形態２）
図９（ａ）及び（ｂ）に示す水処理システム５０Ａは、下方に沈殿部６１ｃを備えた容器６１と、容器６１の中に収容された複数の積層体を含む部材５２とを備えて構成される。
容器６１は、容器５１と同様の形状及び大きさを有し、同様の水５６用の流入口６１ａ及び流出口６１ｂと、沈殿部６１ｃとを備え、同様の積層体を含む部材５２を収容している。容器６１は、容器６１内に、遮蔽部材６１ｄ及び越流堰６１ｅを備える。
遮蔽部材６１ｄは、流入口６１ａから導入された水５６を、容器６１の水平方向及び鉛直方向に広げるために設けられる板状の部材である。遮蔽部材６１ｄは、流入口６１ａが配置された容器６１の側面の水平方向の幅と同程度の幅を有し、側面の鉛直方向の高さ（長さ）の８０％程度の高さ（長さ）を有する。従って、遮蔽部材６１ｄは、容器６１の流入口６１ａ及び流出口６１ｂが配置されていない対向する２つの側面と連結し、かつ容器６１の沈殿部の上面と２０〜５０ｃｍ程度離間して配置されている。また、遮蔽部材６１ｄは、流入口６１ａの近傍において、流入口６１ａが配置された容器６１の側面に平行に、流入口６１ａに対面して配置されている。遮蔽部材６１ｄの上端は、容器６１内に収容される水５６の水面より若干高い位置に配置されている。
遮蔽部材６１ｄによって、流入口６１ａから導入された水５６は、容器６１内において、図９（ｂ）中の矢印で示すように、水平方向及びは鉛直方向に効率的に広げることができ、積層体を含む部材５２に対して、水５６をより一層均一に、かつ、より一層大きな面積で接触させることができる。
越流堰６１ｅは、流入口６１ａから導入され、容器６１の水平方向及び鉛直方向に広がった水５６の流れを、流出口６１ｂの近傍まで維持し、直接流出口６１ｂに向かう流れとならないようにその流れを緩和する。越流堰６１ｅは、流出口６１ｂの近傍において、流出口６１ｂから離間して、流出口６１ｂを水平方向及び鉛直方向において覆うように配置されている。越流堰６１ｅは、流出口６１ｂが配置された容器の側面の水平方向の幅と同程度の幅、流出口６１ｂの直径の２００％程度の高さを有する。越流堰６１ｅは、断面視Ｌ字状の縦線に相当するように、側面に平行に対面して、流出口６１ｂを被覆している。越流堰６１ｅは、流出口６１ｂの直径の１５０％程度の距離で、断面視Ｌ字状の横線に相当するように、流出口６１ｂが配置された側面に垂直に、流出口６１ｂの下方を被覆している。
越流堰６１ｅによって、流入口６１ａから導入され、図９（ｂ）の矢印で示すように容器６１の水平方向及び鉛直方向に広げられた水５６を、より長時間又は長距離にわたって維持することができる。
（実施形態３）
図１０に示す水処理システム５０Ｂは、図８（ａ）〜（ｃ）に示す水処理システムと比べて、容器７１の沈殿部７１ｃが、中央で深くなり、外周に向かって徐々に浅くなる形状を有する点で異なる。容器７１は、流入口７１ａ及び流出口７１ｂを有する。
水処理システム５０Ｂの容器７１は、水処理施設の既存の沈殿槽として設けられている。具体的には、水処理施設の、例えば、最初沈殿池として、水処理システム５０Ｂの容器７１を配置し、その下流に、反応タンク５３として活性汚泥槽を配置し、活性汚泥槽の下流に、最終沈殿池５４を配置している。
（他の実施形態）
水処理システムでは、図１１（ａ）又は図１１（ｂ）のいずれか及び図１２に示すような積層体を備える部材（電極ユニットなど）を用いてもよい。
図１１（ａ）又は図１１（ｂ）のに示す積層体を含む部材７４Ａ，７４Ｂは、エアカソードである。積層体を含む部材７４Ａ，７４Ｂは、第１のカソード７５及び第２のカソード７６と、空気送入部７７と、空気送出部７８と、板状の仕切り部材７９と、枠材７２を備える。枠材７２を介して、第１のカソード７５と第２のカソード７６とが対向して配置されている。第１のカソード７５と第２のカソード７６との間に内部空間が存在する。内部空間が、空気室７３を形成している。
エアカソード７４Ａ，７４Ｂの一端側に、空気送入部７７及び空気送出部７８が配置されている。空気送入部７７は、空気室７３内に空気を送り込むために設けられている。空気送出部７８は、空気室７３内から空気を送り出すために設けられている。積層体を含む部材７４Ａ，７４Ｂは、複数の空気送入部７７及び複数の空気送出部７８を有する。仕切り部材７９により、空気送出部が複数であっても、空気室内で空気を充分に移動させることができる。
空気送入部７７及び空気送出部７８の数及びその順序は、図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に示すように、任意に変更することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。本発明は以下の実施例のみに限定されない。
実施例１〜１０及び比較例１の欄に記載の評価結果は、以下の評価方法により評価されている。
（抵抗率の評価）
抵抗率の測定：
得られた電極の電気抵抗率を、下記の独自の手順に従って測定した。
４探針法の測定の原理に関しては、ＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４の図２に示されるように、試験片に４本の針状の電極を直線上に設置した。探針Ａと探針Ｄとの間に電流（Ｉ）を流したときに、探針Ｂと探針Ｃとの間に生じる電位差（Ｖ）を測定し、その抵抗（Ｖ／Ｉ）を求めた。次に、求めた抵抗（Ｒ）と試験片の厚さ（電極の厚さ）（ｔ）とを乗じて、抵抗率（ρ）を算出した。
試験装置は、ＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４の図３に示されるように、定電流源、電圧計、探針及び切替スイッチにより構成した。
定電流源は、試験片の抵抗によって印加電流Ｉ０を流すことのできる電流源である。印加電流Ｉ０の決め方は、次の通りとした。電流Ｉを探針Ａから探針Ｄに向かって流したとき、探針Ｂと探針Ｃとの間に生じる電位差をＶとすると、抵抗は、Ｖ／Ｉとなる。この抵抗に対応する電流を選び、これを印加電流Ｉ０とした。印加電流Ｉ０は、試験片の抵抗によって選び、２００ｍΩ未満のとき１００ｍＡ、２００ｍΩ以上、２０Ω未満のとき１０ｍＡ、２０Ω以上、２ｋΩ未満のとき１ｍＡ、２ｋΩ以上、２０ｋΩ未満のとき１００μＡ、２０ｋΩ以上、２００ｋΩ未満のとき１０μＡ、２００ｋΩ以上、２ＭΩ未満のとき１μＡを選んだ。
探針は、直径が０．５〜０．８ｍｍの金属製の棒であり、棒の先端を球面状に加工した探針とした。４本の探針は、一直線状に等間隔に配列し、球面状に加工した一端を試験片に接触させた。隣り合う探針の間隔は５ｍｍとし、隣り合う探針間の絶縁抵抗は１０１０Ω以上とした。測定中、各探針には、適切な力、例えば、１〜２Ｎの力を加えた。探針が試験片に深くめり込むような場合には、各探針に加える力を減じた。
試験片の形状及び寸法に関しては、長さ８０．０±０．２ｍｍ、幅５０．０±０．２ｍｍ及び厚さ２０ｍｍ以下の直方体とした。なお、今回は上記寸法にて測定したが、上記寸法の試験片が得られない場合、寸法を変更することも可能である。ただし、寸法を変更した場合、寸法に応じて抵抗率を補正する必要がある。
抵抗率の測定方法に関しては、ＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４の図３に示された測定回路を用いて、印加電流Ｉ０を探針Ａから探針Ｄに向かって流し、探針Ｂと探針Ｃとの間に生じる電位差Ｖ１を測定した。このときの探針Ｂと探針Ｃとの間の抵抗Ｒ１はＶ１／ｌ０となる。次に、切替スイッチによって印加電流Ｉ０を逆方向（探針Ｄから探針Ａ）に流し、探針Ｂと探針Ｃとの間に生じる電位差Ｖ２を測定した。このときの抵抗Ｒ２は、Ｖ２／ｌ０の絶対値となる。探針Ｂと探針Ｃとの間の抵抗Ｒは、Ｒ１とＲ２の平均値とした。この抵抗Ｒは、抵抗率を算出するときに用いた。なお、印加電流Ｉ０の方向を切り替えると、電位差Ｖ２は負の値として電圧計に表示される。この場合、抵抗Ｒ２として、Ｖ２／Ｉ０の絶対値を採用する。
被膜と導電性基材とで構成される電極の抵抗率（ρ）は、式（１）により求めた。測定は、５つの試験片について行い、平均値を抵抗率として採用した。
ρ＝ｔ・Ｒ （１）
（ρ：抵抗率（Ω・ｃｍ）、ｔ：試験片の厚さ（ｃｍ）、Ｒ：抵抗（Ω））
本測定手順は独自の手法であり、ＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４を参考にしているが、補正係数（Ｆ）を用いない点はＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４と異なる。一方、明示していない部分はＪＩＳ Ｋ７１９４−１９９４に従う。
（電気エネルギーの回収効率の評価）
得られた電極をアノードとして用い、下記の手順に従って微生物燃料電池の出力密度を測定した。出力密度が高いほど、電気エネルギーの回収効率は高い。カソードとして、カーボンペーパー（東レ社製、カーボンペーパー「ＴＧＰ−Ｈ−１２０」）にポリテトラフルオロエチレン層を焼結させたエアカソードを用いた。カソードの触媒として、白金触媒（田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ）を用い、触媒のバインダーとして、ナフィオン溶液（シグマアルドリッチジャパン社製、Ｎａｆｉｏｎ ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｒｅｓｉｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を用いた。白金は担持量が４ｍｇ／ｃｍ２になるように、上記カソードのイオン透過性膜側に塗布した。上記イオン透過性膜として、ろ紙（ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｊａｐａｎ， Ｃａｔ．Ｎｏ．１００４−２４０）を用いた。
アノードとカソードとの間にイオン透過性膜をそれぞれ接触するように配置して、膜・電極接合構造体を得た。得られた膜・電極接合構造体を用いて微生物燃料電池を作製し、スターチ等の有機性高分子を含む人工廃水（ＢＯＤ濃度：８００ｍｇ／Ｌ）を、上記アノードに接触するように３０日間にわたり連続的に流入させた。流量は、アノードの外形面積当たりのＢＯＤ負荷量であるＢＯＤ面積負荷が、１６ｇ／ｍ２／日になるように設定した。上記人工廃水中には、発電を担う嫌気性微生物として土壌微生物を植種した。このときの負荷回路の両端における電位差を測定した。出力密度は式（２）により求めた。
Ｐ＝Ｖ２／Ｒ／Ａ （２）
（Ｐ：出力密度、Ｖ：負荷回路の両端における電位差、Ｒ：負荷回路の抵抗値、Ａ：アノードの外形面積）
（実施例１）
下記の手順にて、不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）の表面に、導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８（十条ケミカル社製、粉体状の炭素を含有、樹脂を含有、有機溶剤を含有）を用意した。
上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記不織布の表面に塗布し、１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた微生物燃料電池用電極では、不織布の上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量は６０ｇ／ｍ２であった。
抵抗率ρは、３．１×１００Ω・ｃｍであった。出力密度Ｐは、１７０ｍＷ／ｍ２であった。得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例２）
下記の手順にて、不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）の表面に、導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８（十条ケミカル社製、粉体状の炭素を含有、樹脂を含有、有機溶剤を含有）を用意した。
上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記不織布の表面に塗布し、１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた微生物燃料電池用電極では、不織布の上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量は１１０ｇ／ｍ２であった。
抵抗率ρは、９．１×１０−１Ω・ｃｍであった。出力密度Ｐは、１３０ｍＷ／ｍ２であった。得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例３）
下記の手順にて、不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）の表面に、導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８（十条ケミカル社製、粉体状の炭素を含有、樹脂を含有、有機溶剤を含有）を用意した。
上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記不織布の表面に塗布し、１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた微生物燃料電池用電極では、不織布の上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量は２３０ｇ／ｍ２であった。
抵抗率ρは、６．６×１０−１Ω・ｃｍであった。出力密度Ｐは、１１０ｍＷ／ｍ２であった。得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（比較例１）
不織布の粉体状炭素と樹脂とによる被覆重量を６ｇ／ｍ２としたこと以外は実施例１と同じである微生物燃料電池用電極をアノードに用いて、抵抗率ρと電気エネルギーの回収効率を評価した。
抵抗率ρは、１．２×１０２Ω・ｃｍ以上であった。出力密度Ｐは、１０ｍＷ／ｍ２であった。
（実施例４）
上記導電性カーボン材料として、炭素繊維を細かく粉砕したミルドカーボン（大阪ガス社製、ドナカーボ・ミルド Ｓ−２４４、繊維径１３μｍ、平均繊維長０．７ｍｍ、アスペクト比５４）を用意した。
上記導電性カーボン材料であるミルドカーボン３３０重量部と、上記樹脂であるポリビニルブチラール（積水化学工業社製、エスレックＢ・Ｋ ＢＬ−１）１００重量部と、上記有機溶剤であるエタノール１０００重量部とを撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料が分散された導電性カーボン材料含有液を得た。
得られたカーボン材料含有液中に、不織布（ユニチカ社製、１０６０６ＷＴＤ）を浸してすくいあげた後、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、微生物燃料電池用電極を作製した。また、得られた微生物燃料電池用電極では、導電性基材の上記導電性カーボン材料による被覆重量は６３ｇ／ｍ２であった。
得られた微生物燃料電池用電極をアノードとして用い、実施例１と同様に微生物燃料電池を作製した。
得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例５）
上記導電性カーボン材料である黒鉛（伊東黒鉛社製、ＰＣ９９−３００Ｍ、平均粒径４２μｍ）３３０重量部と、上記樹脂であるポリビニルブチラール（積水化学工業社製、エスレックＢ・Ｋ ＢＬ−１）１００重量部と、白金触媒（白金の重量含有率６７％）と、上記有機溶剤であるエタノール１０００重量部を撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料及び白金触媒が分散された導電性カーボン材料含有液を得た。
得られたカーボン材料含有液中に、不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）を浸してすくいあげた後、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、微生物燃料電池用電極を作製した。また、得られた微生物燃料電池用電極では、導電性基材の上記導電性カーボン材料による被覆重量は６３ｇ／ｍ２であった。
実施例１で得られた微生物燃料電池用電極をアノードとして用い、実施例５で得られた微生物燃料電池用電極に白金塗布量が４ｍｇ／ｃｍ２となるよう白金触媒を塗布した電極をエアカソードとして用い、実施例１と同様に微生物燃料電池を作製した。
得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例６）
下記の手順にて、ポリエステル製不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）の表面に、第１の導電部である導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８（十条ケミカル社製、粉体状の炭素を含有、樹脂を含有、有機溶剤を含有）を用意した。
上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記不織布の表面において、直行する２方向に線状に延びた格子パターン状に塗布した。上記線の太さは２ｍｍ、上記線の中心線と、上記線と平行に隣り合った線の中心線との間隔は１０ｍｍとし、直行する２方向とも、線の太さ及び線の間隔は同一とした。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、上記不織布上に第１の導電部を形成した。得られた第１の導電部では、上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量（線の部分の目付量）は２４０ｇ／ｍ２であった。下記に記述した方法で測定した第１の導電部の抵抗率は６．２×１０−１Ω・ｃｍであった。
続いて、下記の手順にて上記第１の導電部上に、第２の導電部である導電性カーボン材料を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を用意した。上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記第１の導電部の表面に塗布した。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、第２の導電部を形成し、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた第２の導電部では、上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量は、１７ｇ／ｍ２であった。下記に記述した方法で測定した第２の導電部の抵抗率は２．１×１０１Ω・ｃｍであった。
実施例６では、抵抗率ρは、６．２×１０−１Ω・ｃｍ（第１の導電部の線上）から、２．１×１０１Ω・ｃｍ（第１の導電部の線上ではない部分）であった。出力密度Ｐは、１１０ｍＷ／ｍ２であった。得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例７）
下記の手順にて、ポリエステル製不織布（東洋紡績社製、３４０１Ａ）の表面に、第２の導電部である導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を用意した。上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記不織布の表面に塗布した。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、第２の導電部を形成し、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた第２の導電部では、上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量は、４０ｇ／ｍ２であった。抵抗率は５．３×１００Ω・ｃｍであった。
続いて、下記の手順にて上記第２の導電部上に、第１の導電部である導電性カーボン材料を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を用意した。
上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記第２の導電部の表面において、直行する２方向に線状に延びた格子パターン状に塗布した。上記格子パターンは、実施例６と同一の形状とした。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、上記第２の導電部上に第１の導電部を形成した。得られた第１の導電部では、上記粉体状の炭素と上記樹脂とによる被覆重量（線の部分の目付量）は２４０ｇ／ｍ２であった。抵抗率は６．６×１０−１Ω・ｃｍであった。
抵抗率ρは、６．６×１０−１Ω・ｃｍ（第１の導電部の線上）から、５．３×１００Ω・ｃｍ（第１の導電部の線上ではない部分）であった。出力密度Ｐは、２００ｍＷ／ｍ２であった。得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例８）
下記の手順にて、ポリエステル製不織布（ユニチカ社製、１０６０６ＷＴＤ）の表面に、第１の導電部である導電性金属含有材料（Ｃｈｅｍｉｔｒｏｎｉｃｓ社製、Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｐｏｘｙ）を固定した。
上記導電性金属含有材料を上記不織布の表面に塗布した。上記線の太さは２ｍｍ、上記線の中心線と、上記線と平行に隣り合った線の中心線との間隔は１０ｍｍとし、直行する２方向とも、線の太さ及び線の間隔は同一とした。室温において１日間静置することで、上記不織布上に第１の導電部を形成した。得られた第１の導電部では、被覆重量（線の部分の目付量）は１，０００ｇ／ｍ２であった。下記に記述した方法で測定した第１の導電部の抵抗率は３．１×１０−３Ω・ｃｍであった。
続いて、下記の手順にて上記第１の導電部上に第２の導電部である導電性カーボン材料を固定した。
導電性カーボン材料含有液として、ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を用意した。上記ＪＥＬＣＯＮ ＣＨ−８を上記第１の導電部の表面に塗布した。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、第２の導電部を形成し、微生物燃料電池用電極を作製した。
得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例９）
実施例８と同様の方法で、ポリエステル製不織布（ユニチカ社製、１０６０６ＷＴＤ）の表面に、第１の導電部である導電性金属含有材料（Ｃｈｅｍｉｔｒｏｎｉｃｓ社製、Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｐｏｘｙ）を固定した。
上記第１の導電部の表面に、下記の方法にて第２の導電部を形成した。
導電性カーボン材料として、黒鉛（伊東黒鉛社製、ＰＣ９９−３００Ｍ、平均粒径４２μｍ）３３０重量部と、上記樹脂であるポリビニルブチラール（積水化学工業社製、エスレックＢ・Ｋ ＢＬ−１）１００重量部と、白金触媒（田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ）と、上記有機溶剤であるエタノール１０００重量部を撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料及び白金触媒が分散された導電性カーボン材料含有液を得た。
得られたカーボン材料含有液を上記不織布上に形成された第１の導電部上に塗布した後、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、微生物燃料電池用電極を作製した。得られた第２の導電部では、導電性基材の上記導電性カーボン材料による被覆重量は６３ｇ／ｍ２であった。
実施例６で得られた微生物燃料電池用電極をアノードとして用い、実施例９で得られた微生物燃料電池用電極をエアカソードとして用い、微生物燃料電池を作製した。
得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
（実施例１０）
下記の手順にて、透気性防水性フィルムに不織布が積層されたシート（積水化学工業社製、セルポア ＮＷＥ０８、不織布を保持している）において、上記不織布の表面に、第２の導電部である導電性カーボン材料を固定した。
導電性カーボン材料として、黒鉛（伊東黒鉛社製、ＰＣ９９−３００Ｍ、平均粒径４２μｍ）３３０重量部と、上記樹脂であるポリビニルブチラール（積水化学工業社製、エスレックＢ・Ｋ ＢＬ−１）１００重量部と、白金触媒（田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ）と、上記有機溶剤であるエタノール１０００重量部を撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料及び白金触媒が分散された導電性カーボン材料含有液を得た。
続いて、下記の手順にて上記第２の導電部上に、第２の導電部である導電性カーボン材料を固定した。
上記第２の導電部の表面において、直行する２方向に線状に延びた格子パターン状に塗布した。上記線の太さは２ｍｍ、上記線の中心線と、上記線と平行に隣り合った線の中心線との間隔は１０ｍｍとし、直行する２方向とも、線の太さ及び線の間隔は同一とした。１２０℃のオーブン内にて１５分間静置することで、上記不織布上に第１の導電部を形成した。
実施例６で得られた微生物燃料電池用電極をアノードとして用い、実施例１０で得られた微生物燃料電池用電極をエアカソードとして用い、微生物燃料電池を作製した。
得られた微生物燃料電池では、導電性に優れており、耐腐食性が高く、電気エネルギーの回収効率が高かった。また、得られた微生物燃料電池は、優れた有機物除去性能を示した。
上述した実施例１〜１０では、積層体を微生物燃料電池用電極として用いた例を示した。そして、実施例１〜１０の積層体では、得られた微生物燃料電池が優れた有機物除去性能を示すことから、電極の耐腐食性が高いことが確認された。実施例１〜１０の積層体は、耐腐食性に優れることから、耐腐食性が高いことが求められる用途に広く用いることができる。実施例１〜１０の積層体は、耐腐食性に優れることから、例えば、水処理に用いられる水処理部材に用いることができる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…積層体
１１…非導電性基材
１２，１２Ａ…導電部
１２Ｂ…導電部（第２の導電部）
１３Ｂ…導電部（第１の導電部）
２１…微生物燃料電池
２６…有機性物質を含む液の入った容器
３１…電極積層体
３２…アノード
３３…絶縁体
３４…カソード
３６…空気供給部
３７…空気室
３８…透気性防水性フィルム
４１，４１Ａ…積層体
４２，４２Ａ…非導電性基材
４３…第１の導電部
４３Ａ…導電部
４４…第２の導電部
５０，５０Ａ，５０Ｂ…水処理システム
５１，６１，７１…容器
５１ａ，６１ａ，７１ａ…流入口
５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ…流出口
５１ｃ，６１ｃ，７１ｃ…沈殿部
５２…積層体を含む部材
５３…反応タンク
５４…最終沈殿池
５６…水
６１ｄ…遮蔽部材
６１ｅ…超流堰
７２…枠材
７３…空気室
７４Ａ，７４Ｂ…エアカソード
７５…第１のカソード
７６…第２のカソード
７７…空気送入部
７８…空気送出部
７９…仕切り部材

Claims (15)

  1. 非導電性基材と、
    前記非導電性基材の少なくとも一方の表面を被覆している導電部とを備え、
    前記導電部が、導電性カーボン材料及び樹脂を含む、積層体。
  2. 水処理に用いられる水処理用部材であるか、又は、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極である、請求項１に記載の積層体。
  3. 水処理に用いられる水処理用部材である、請求項２に記載の積層体。
  4. 前記非導電性基材が、液を透過可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層体。
  5. 前記非導電性基材が、メッシュ、織布、不織布又は細孔膜である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層体。
  6. 前記非導電性基材の材料が、樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層体。
  7. 前記導電部の内部又は前記導電部の表面上に配置された酸素還元触媒を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層体。
  8. 前記導電部を第２の導電部として備え、
    前記第２の導電部と異なる導電性を有する第１の導電部をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層体。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の積層体と、
    水の流入口及び流出口を有する容器とを備え、
    前記容器内に、前記積層体が配列されており、
    前記容器は、前記容器内の前記積層体の下方に沈殿部を有する、水処理システム。
  10. 前記容器の前記沈殿部の容積が、前記容器の全容積の２０％以上である、請求項９に記載の水処理システム。
  11. 前記流入口が、前記容器の側面の上方に配置されており、
    前記容器は、平面視での前記流入口と前記積層体との間において、前記容器の前記流入口が配置された側面に対面しかつ前記容器の底面から離間した遮蔽部材を有する、請求項９又は１０に記載の水処理システム。
  12. 前記容器は、平面視での前記積層体と前記流出口との間において、前記容器の上方に開放する越流堰を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の水処理システム。
  13. 前記容器の前記流出口の下流に、微生物を利用した廃水処理槽を備える、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の水処理システム。
  14. 前記積層体が、平面視において、前記容器内に、前記流入口から流出口に向かう方向に沿って配列されている、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の水処理システム。
  15. 前記積層体が、前記容器内に、一定間隔で配列されている、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の水処理システム。
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