WO2014174742A1 - 液体処理装置 - Google Patents

液体処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014174742A1
WO2014174742A1 PCT/JP2014/000873 JP2014000873W WO2014174742A1 WO 2014174742 A1 WO2014174742 A1 WO 2014174742A1 JP 2014000873 W JP2014000873 W JP 2014000873W WO 2014174742 A1 WO2014174742 A1 WO 2014174742A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
conductor
ion
liquid processing
processing apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/000873
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直毅 吉川
周次 中西
雄也 鈴木
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックIpマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority to US14/784,164 priority Critical patent/US9663391B2/en
Priority to CN201480022847.8A priority patent/CN105143114B/zh
Priority to EP14787631.2A priority patent/EP2977356B1/en
Publication of WO2014174742A1 publication Critical patent/WO2014174742A1/ja

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/101Arranged-type packing, e.g. stacks, arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005Combined electrochemical biological processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46152Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157Perforated or foraminous electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46152Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161Porous electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/16Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105Details relating to the electrolytic devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46115Electrolytic cell with membranes or diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/06Sludge reduction, e.g. by lysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present application relates to a liquid processing apparatus and a liquid processing unit.
  • Known methods for treating waste water containing organic matter include an activated sludge method utilizing aerobic respiration of microorganisms (for example, Patent Document 1) and an anaerobic treatment method utilizing anaerobic respiration of microorganisms (for example, Patent Document 2). ing.
  • activated sludge mud containing microorganisms (activated sludge) and wastewater are mixed in a biological reaction tank (aeration tank), and air necessary for the microorganisms to oxidize and decompose organic matter in the wastewater is sent to the biological reaction tank. Stir with. Thereby, the organic matter in the wastewater is subjected to oxidative decomposition treatment.
  • this activated sludge method requires a huge amount of power for aeration of the biological reaction tank, and as a result of microorganisms breathing oxygen and actively metabolizing, a large amount of sludge (the dead body of microorganisms) that is industrial waste. ) Occurs.
  • the anaerobic treatment method eliminates the need for aeration, so the amount of power required is greatly reduced compared to the activated sludge method. Moreover, since the free energy which microorganisms can acquire is small, sludge generation amount reduces. However, as a product of anaerobic respiration, biogas such as methane gas with flammable and characteristic odor is generated.
  • One non-limiting exemplary embodiment of the present application provides a novel liquid processing apparatus and liquid processing unit capable of reducing the amount of sludge generation and suppressing the generation of biogas.
  • one embodiment of the present invention is a structure including a first surface and a second surface, and is disposed between the first surface and the second surface, A first portion exposed to the outside on the first surface and a second portion exposed to the outside on the second surface, and the first portion and the second portion are electrically connected
  • a conductive body a structure that is disposed between the first surface and the second surface and has an ion moving layer in which hydrogen ions move, and a first body for holding the first liquid to be processed.
  • 1 treatment tank, and the first surface of the structure includes a liquid treatment apparatus located inside the first treatment tank.
  • the present inventor first examined a microbial fuel cell as a wastewater treatment method capable of reducing sludge generation amount and suppressing biogas generation.
  • a microbial fuel cell is disclosed in, for example, JP-A-2009-93661.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a configuration of a microbial fuel cell of a reference example.
  • the microbial fuel cell 1000 has a working electrode (negative electrode) 2, a counter electrode (positive electrode) 3, and an ion-permeable diaphragm 4 disposed between these electrodes 2 and 3, which are provided in the container 8. is doing.
  • the working electrode 2 carries a microorganism 6.
  • the working electrode 2 is electrically connected to the counter electrode 3 through the external circuit 7, thereby forming a closed circuit.
  • a liquid (or gas) 5 containing an organic substance or the like is supplied to the working electrode 2.
  • Air (or oxygen) is supplied to the counter electrode 3.
  • hydrogen ions (H + ) and electrons (e ⁇ ) are generated from the liquid 5 by the catalytic action of the microorganism 6.
  • the generated hydrogen ions pass through the ion permeable diaphragm 4 and move to the counter electrode 3 side, and the electrons move to the counter electrode 3 side via the external circuit 7.
  • the hydrogen ions and electrons moved from the working electrode 2 are combined with oxygen (O 2 ) at the counter electrode 3 and consumed as water (H 2 O). At this time, the electric energy flowing in the closed circuit is recovered.
  • an electrical wiring such as the external circuit 7, a boosting system (not shown) for using the obtained electrical energy, etc. outside the container 8 that performs the waste liquid treatment. Is provided.
  • a current collector current collector sheet
  • the configuration of the facility becomes complicated.
  • An embodiment of the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a novel liquid processing apparatus that can reduce the amount of sludge generation and suppress the generation of biogas.
  • the liquid processing apparatus which is one embodiment of the present invention is a structure having a first surface and a second surface, and is disposed between the first surface and the second surface, and the first surface A conductor having a first portion exposed to the outside on the surface and a second portion exposed to the outside on the second surface, and conducting the first portion and the second portion And a first treatment for holding a first liquid to be treated, and a structure having an ion migration layer which is disposed between the first surface and the second surface and in which hydrogen ions move.
  • a tank, and the first surface of the structure is located inside the first processing tank.
  • the first portion of the conductor is disposed, for example, in contact with the first liquid to be treated in the first treatment tank, and the second portion of the conductor is, for example, oxygen. It arrange
  • the first liquid to be treated contains, for example, at least one of an organic substance and ammonia.
  • the structure includes, for example, an anaerobic microorganism group on the first surface and an oxygen reduction catalyst on the second surface.
  • the liquid processing apparatus further includes a second processing tank for holding a second liquid to be processed, and the second surface of the structure is located inside the second processing tank. Also good.
  • the first portion of the conductor is disposed, for example, in contact with the first liquid to be processed in the first treatment tank, and the second portion of the conductor is, for example, the first portion. It arrange
  • the first liquid to be treated contains, for example, at least one of an organic substance and ammonia
  • the second liquid to be treated contains, for example, nitrogen oxide ions.
  • the structure has, for example, an anaerobic microorganism group on the first surface and the second surface.
  • the conductor is, for example, a porous or woven conductor sheet
  • the ion transfer layer includes, for example, an ion exchange resin, and the ion exchange resin is filled in voids in the conductor sheet. It may be.
  • At least a part of the conductor is located between the surface on the first surface side and the surface on the second surface side of the ion moving layer, and The surface may be covered with an insulating material.
  • the conductor is, for example, disposed on the first surface side of the ion migration layer, and on the second surface side of the ion migration layer and the first conductive layer including the first portion. And a second conductive layer including the second portion, and a connection portion connecting the first conductive layer and the second conductive layer, wherein at least a part of the connection portion is
  • the ion transfer layer may be located between the surface on the first surface side and the surface on the second surface side.
  • connection part may be covered with an insulating material.
  • the first conductive layer is, for example, porous or woven.
  • the second conductive layer is, for example, porous or woven.
  • the connecting portion extends through the ion moving layer in a direction from the first surface toward the second surface, for example.
  • the ion moving layer includes, for example, an ion exchange membrane.
  • the ion migration layer may include, for example, an ion exchange resin
  • the connection portion may include, for example, a plurality of conductive particles
  • the plurality of conductive particles may be dispersed in the ion exchange resin.
  • the ion transfer layer includes, for example, an ion exchange resin, and the conductor is, for example, disposed on the first surface side of the ion transfer layer, and includes the first portion.
  • a second conductive layer containing a plurality of conductive particles, at least a part of the plurality of conductive particles is dispersed in the ion exchange resin, and a part of the plurality of conductive particles is The second portion may be included.
  • At least a part of the conductor is formed across the ion moving layer in the thickness direction.
  • the liquid processing unit includes a first surface and a second surface, and is disposed between the first surface and the second surface, and the first surface is an external surface.
  • a conductor having a first portion exposed to the outside and a second portion exposed to the outside on the second surface, and electrically connecting the first portion and the second portion;
  • An ion moving layer disposed between the first surface and the second surface, on which hydrogen ions move.
  • the conductor is, for example, a porous or woven conductor sheet
  • the ion transfer layer includes, for example, an ion exchange resin, and the ion exchange resin is filled in voids in the conductor sheet. It may be.
  • At least a part of the conductor is located between the surface on the first surface side and the surface on the second surface side of the ion moving layer, and The surface may be covered with an insulating material.
  • the conductor is, for example, disposed on the first surface side of the ion migration layer, and on the second surface side of the ion migration layer and the first conductive layer including the first portion. And a second conductive layer including the second portion, and a connection portion connecting the first conductive layer and the second conductive layer, wherein at least a part of the connection portion is
  • the ion transfer layer may be located between the surface on the first surface side and the surface on the second surface side.
  • the connecting portion extends through the ion moving layer in a direction from the first surface toward the second surface, for example.
  • the ion moving layer includes, for example, an ion exchange membrane.
  • the ion migration layer may include, for example, an ion exchange resin
  • the connection portion may include, for example, a plurality of conductive particles
  • the plurality of conductive particles may be dispersed in the ion exchange resin.
  • the ion transfer layer includes, for example, an ion exchange resin, and the conductor is, for example, disposed on the first surface side of the ion transfer layer, and includes the first portion.
  • a second conductive layer containing a plurality of conductive particles, at least a part of the plurality of conductive particles is dispersed in the ion exchange resin, and a part of the plurality of conductive particles is The second portion may be included.
  • liquid processing apparatus broadly includes an apparatus that decomposes or removes at least a part of components contained in a liquid to be processed (liquid to be processed).
  • liquid to be processed is, for example, a liquid containing an organic substance, a compound containing nitrogen (hereinafter referred to as “nitrogen-containing compound”), or both.
  • the liquid to be treated may be an electrolytic solution.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating a liquid processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the liquid processing apparatus 100 includes a structure 10 having a conductor 11 and an ion moving layer 15, and a processing tank 12 for holding a liquid 17 to be processed.
  • the structure 10 has a first surface 10a and a second surface 10b. These surfaces 10a and 10b are surfaces that define the outer surface of the structure 10. For example, when the outer surface of the structure 10 is a porous surface, it may be a virtual surface.
  • the 1st surface 10a is a surface located in the upstream of the moving direction of a hydrogen ion and an electron in the inside of the structure 10
  • the 2nd surface 10b is a surface located in a downstream.
  • the first surface 10 a of the structure 10 is located inside the processing tank 12.
  • the structure 10 may be in contact with the liquid to be processed in the treatment tank 12 on the first surface 10a and in contact with the gas phase on the second surface 10b. In that case, the structure 10 may be provided so as to separate the liquid to be processed (liquid phase) and the gas phase.
  • the conductor 11 is disposed inside the structure 10, that is, between the first surface 10 a and the second surface 10 b of the structure 10.
  • the conductor 11 has a first portion 11a exposed to the outside on the first surface 10a and a second portion 11b exposed to the outside on the second surface 10b.
  • the first portion 11a and the second portion 11b are electrically connected. “Exposing to the outside” means exposing to the outside of the structure 10. As a result, the first and second portions 11 a and 11 b of the conductor 11 can exchange electrons with the liquid phase or gas phase outside the structure 10.
  • the first and second portions 11 a and 11 b are the surfaces of the end portions of the conductor 11.
  • the first portion 11 a is disposed in contact with the liquid to be processed 17 in the processing tank 12.
  • the 1st part 11a functions as an anode in the local battery reaction mentioned later.
  • the second portion 11 b of the conductor 11 is disposed so as to be in contact with a gas containing oxygen outside the processing tank 12.
  • the 2nd part 11b functions as a cathode in the local battery reaction mentioned later.
  • the second portion 11b may be exposed to the atmosphere or may be installed in a chamber configured to be supplied with oxygen (or a gas containing oxygen).
  • the ion moving layer 15 is disposed inside the structure 10, that is, between the first surface 10a and the second surface 10b.
  • the ion transfer layer 15 may be a layer in which hydrogen ions can move, and includes, for example, an ion exchange resin or an ion exchange membrane.
  • the treatment tank 12 has a configuration capable of holding the liquid to be treated 17.
  • the treatment tank 12 may be configured such that the liquid 17 to be treated flows through the treatment tank 12.
  • the processing tank 12 has a liquid supply port 13 for supplying the liquid 17 to be processed to the processing tank 12 and a liquid 17 for discharging the liquid 17 to be processed after the processing from the processing tank 12.
  • a liquid discharge port 14 may be provided.
  • the inside of the treatment tank 12 is maintained under anaerobic conditions where, for example, molecular oxygen does not exist (even if molecular oxygen is present, its concentration is extremely small). Thereby, the to-be-processed liquid 17 can be hold
  • the components contained in the liquid to be processed 17 are oxidatively decomposed using the anaerobic microorganism group 16.
  • the anaerobic microorganism group 16 is supported on the first portion 11 a of the conductor 11, but may be supported on the first surface 10 a of the structure 10. Alternatively, it may float on the liquid 17 to be treated in the treatment tank 12.
  • the liquid to be processed 17 can be processed using a local battery reaction. More specifically, on the first surface 10 a side of the structure 10, an oxidation reaction of components contained in the liquid to be treated 17 is performed using metabolism of the anaerobic microorganism group 16. Hydrogen ions (H + ) generated by the oxidation reaction are transferred to the second surface 10 b side of the structure 10 through the ion moving layer 15. Electrons (e ⁇ ) generated by the oxidation reaction are transferred to the second surface 10 b side through the conductor 11.
  • the electrons and hydrogen ions transferred from the first surface 10a side react with oxygen molecules in the gas, and an oxygen reduction reaction occurs.
  • the oxidation reaction proceeds on the first surface 10a side of the structure 10 and the oxygen reduction reaction proceeds on the second surface 10b side, so that a local battery circuit is formed as a whole.
  • a novel processing apparatus that can efficiently oxidatively decompose components (organic substances or nitrogen-containing compounds) contained in the liquid to be processed 17 through an electron transfer reaction.
  • Organic substances or nitrogen-containing compounds contained in the liquid to be treated 17 are decomposed and removed by metabolism of anaerobic microorganisms, that is, growth of microorganisms. Since this oxidative decomposition treatment is performed under anaerobic conditions, the conversion efficiency from organic matter to new cells of microorganisms can be suppressed lower than when it is performed under aerobic conditions. For this reason, compared with the case where the activated sludge method is used, the proliferation of microorganisms, that is, the generation amount of sludge can be reduced.
  • odorous methane gas is generated in a normal anaerobic process, but in the oxidative decomposition process in the present embodiment, as described later, the metabolite is, for example, carbon dioxide (CO 2 ) gas, and the generation of methane gas. Can be suppressed.
  • CO 2 carbon dioxide
  • maintained at the processing tank 12 contains components, such as an organic substance and a nitrogen containing compound, for example.
  • a part of the components of the liquid 17 to be treated is metabolized by anaerobic microorganisms in the vicinity of the exposed portion (first portion 11a) of the conductor 11. This metabolism generates electrons and releases carbon dioxide and hydrogen ions as metabolites.
  • the generated electrons move from the first portion 11 a through the inside of the conductor 11 to the second portion 11 b of the conductor 11.
  • the hydrogen ions pass through the ion moving layer 15 and move to the second surface 10b side.
  • oxygen molecules in the gas are combined with electrons and hydrogen ions that have moved from the liquid 17 to be processed, and water molecules are generated.
  • the above-described local battery reaction (half-cell reaction) is represented by the following formula.
  • the half cell reaction mentioned above is represented by the following formula
  • the liquid processing apparatus 100 of this embodiment may have a simpler configuration than the microbial fuel cell.
  • an anode and a cathode are provided separately, and these are connected by an external circuit.
  • a current collector may be provided on the anode.
  • the liquid processing apparatus 100 it is possible to form two electrodes integrally by making the both ends of the conductor 11 function as two electrodes used for the battery reaction.
  • the first portion 11a of the conductor 11 can function as an anode
  • the second portion 11b can function as a cathode.
  • the liquid processing apparatus 100 does not need to be provided with wiring such as an external circuit normally provided in the microbial fuel cell, a current collector, and a boosting system. For this reason, a simpler equipment configuration can be realized. Furthermore, according to this embodiment, since the anode and the cathode are short-circuited and power generation is not performed, the liquid processing efficiency can be further improved.
  • the structure 10 or the ion moving layer 15 separates the liquid to be processed (liquid phase) 17 held in the processing tank 12 and the gas phase containing oxygen.
  • separation means physically blocking.
  • the inside of the processing tank 12 can be more reliably maintained under anaerobic conditions in which molecular oxygen does not exist.
  • the growth of aerobic microorganisms can be suppressed both in the treatment tank 12 and in the gas phase, so that liquid treatment can be performed more reliably under anaerobic conditions.
  • the configuration of the conductor 11 is not particularly limited.
  • the conductor 11 may be formed over the entire thickness of the structure 10 (thickness along the direction of movement of hydrogen ions).
  • the structure 10 may extend continuously from the first surface 10a toward the second surface 10b.
  • the conductor 11 may be comprised from the several electrically-conductive part electrically connected.
  • a plurality of electrically connected conductive layers may be included.
  • the resistance between the first portion 11a and the second portion 11b in the conductor 11 is kept low (for example, the first portion 11a and the second portion 11b are short-circuited). Higher processing efficiency can be obtained.
  • at least a part of the conductor 11 may be formed across the thickness direction of the ion transfer layer 15.
  • a material of the conductor 11 for example, a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, titanium, or a carbon material such as carbon paper or carbon felt can be used.
  • the conductor 11 may have a space (gap) continuous in the thickness direction.
  • it may be a conductor sheet having voids inside, such as a porous or woven conductor sheet.
  • it may be a metal plate having a plurality of through holes in the thickness direction.
  • the ion transfer layer 15 includes, for example, an ion exchange resin, and the ion exchange resin may be filled in a space (void) in the conductor 11.
  • the ion exchange resin may be filled in the vicinity of the gas-liquid interface generated inside the structure 10.
  • the ion exchange resin for example, Nafion manufactured by DuPont, Flemion manufactured by Asahi Glass, and Selemion may be used.
  • At least a part of the conductor 11 is located, for example, inside the ion moving layer 15, that is, between the surface on the first surface 10a side and the surface on the second surface 10b side of the ion moving layer 15. .
  • a portion of the surface of the conductor 11 located between the surface on the first surface 10a side and the surface on the second surface 10b side may be covered with an insulating material.
  • an electron and a hydrogen ion react while moving from the 1st surface 10a side of the structure 10 to the 2nd surface 10b side, and an electron and a hydrogen ion are efficiently 2nd surface 10b side.
  • an insulating material for example, natural rubber, a synthetic resin, a glass fiber etc. are used.
  • the oxidation reaction of the components contained in the liquid to be treated 17 on the first surface 10a side of the structure 10 may be performed using a catalyst material.
  • the oxidation catalyst may be supported on the first surface 1 a of the structure 10.
  • An oxygen reduction catalyst may be supported on the second surface 10b of the structure 10. Thereby, since the reduction reaction efficiency of oxygen can be improved, more efficient liquid processing can be realized.
  • the oxygen reduction catalyst may be platinum.
  • the oxygen reduction catalyst may include carbon particles doped with at least one nonmetal atom and metal atom.
  • the atoms doped in the carbon particles are not particularly limited.
  • the nonmetallic atom may be, for example, a nitrogen atom, a boron atom, a sulfur atom, or a phosphorus atom.
  • the metal atom may be, for example, an iron atom or a copper atom.
  • the first surface 10a of the structure 10 may be modified with, for example, an electron transfer mediator molecule.
  • the to-be-processed liquid in the processing tank 12 may contain the electron transfer mediator molecule.
  • the mediator molecule is not particularly limited, and may be neutral red, anthraquinone-2-6, disulfonate (AQDS), thionin, potassium ferrocyanide, or methyl viologen.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating a liquid processing apparatus 200 according to the second embodiment.
  • the same components as those in the liquid processing apparatus 100 shown in FIG. 1 are identical to the same components as those in the liquid processing apparatus 100 shown in FIG.
  • the liquid processing apparatus 200 includes a structure 10 having a conductor 11 and an ion moving layer 15 and a processing tank 12 for holding a liquid 17 to be processed.
  • the conductor 11 has a first conductive layer 21A, a second conductive layer 21B, and a connecting portion 21C.
  • 21 A of 1st conductive layers are arrange
  • the first conductive layer 21 ⁇ / b> A includes a first portion 11 a exposed to the outside on the first surface 10 a of the structure 10.
  • the second conductive layer 21B is disposed on the second surface 10b side of the ion transfer layer 15 and functions as a cathode in the local cell reaction.
  • the second conductive layer 21 ⁇ / b> B includes a second portion 11 b exposed to the outside on the second surface 10 b of the structure 10.
  • the connecting portion 21C electrically connects the first conductive layer 21A and the second conductive layer 21B. At least a part of the connecting portion 21C is located inside the ion moving layer 15, that is, between the surface on the first surface 10a side and the surface on the second surface 10b side of the ion moving layer 15. For example, as illustrated, the ion transfer layer 15 may be formed across the thickness direction.
  • components contained in the liquid to be treated 17 are oxidatively decomposed by the anaerobic microorganism group 16 in the first portion 11a of the first conductive layer 21A.
  • the generated hydrogen ions are transferred through the ion moving layer 15 to the second portion 11b of the second conductive layer 21B.
  • the electrons generated by the oxidative decomposition are transferred from the first conductive layer 21A to the second conductive layer 21B through the connection portion 21C.
  • oxygen molecules in the gas react with the transferred hydrogen ions and electrons to cause a reduction reaction of oxygen.
  • the liquid processing apparatus 200 of the present embodiment has the above-described configuration, the oxidative decomposition of components contained in the liquid to be processed 17 under anaerobic conditions using a local battery reaction, as in the first embodiment. It can be performed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a novel liquid treatment that can reduce the amount of sludge generation and can suppress the generation of biogas.
  • the first surface 10a of the structure 10 is defined by the surface of the first conductive layer 21A, and the entire surface of the first conductive layer 21A is external (here, the liquid 17 to be treated). Is in contact with. Note that at least a part of the surface of the first conductive layer 21 ⁇ / b> A may be in contact with the liquid 17 to be processed.
  • the second surface 10b of the structure 10 is defined by the surface of the second conductive layer 21B, and the surface of the second conductive layer 21B is in contact with the outside (here, a gas containing oxygen). It is sufficient that at least a part of the surface of the second conductive layer 21B is in contact with the gas.
  • the first conductive layer 21A may have a space (void) continuous in the thickness direction.
  • it may be a porous or woven fabric having a plurality of voids inside.
  • the plurality of gaps may be filled with the liquid 17 to be processed.
  • the material of the first conductive layer 21A is not particularly limited.
  • a material of the first conductive layer 21A for example, a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, titanium, or a carbon material such as carbon paper or carbon felt can be used.
  • the second conductive layer 21B may have a space (void) continuous in the thickness direction.
  • it may be a porous or woven fabric having a plurality of voids inside.
  • the material of the second conductive layer 21B is not particularly limited.
  • a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, or titanium, or a carbon material such as carbon paper or carbon felt can be used.
  • the connecting portion 21C only needs to be configured to conduct the first conductive layer 21A and the second conductive layer 21B, and the shape thereof is not particularly limited. As illustrated, the connecting portion 21C may extend through the ion moving layer 15 in a direction from the first surface 10a to the second surface 10b. In this example, the connection portion 21C is in contact with the outside (liquid phase, gas phase) at the first and second surfaces 10a and 10b, but the connection portion 21C may not be in contact with the outside.
  • the material of the connecting portion 21C is not particularly limited. For example, a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, or titanium can be used as the material of the connecting portion 21C.
  • the part located inside the ion moving layer 15 in the connecting part 21C may be covered with an insulating material. Thereby, it can suppress that an electron and a hydrogen ion react while moving to the 2nd surface 10b side from the 1st surface 10a, and can move an electron and a hydrogen ion to the 2nd surface 10b side efficiently. Can do.
  • the entire portion of the connecting portion 21C other than the portion exposed to the outside and the portion in contact with the first and second conductive layers 21A and 21B may be covered with an insulating material.
  • the insulating material is not particularly limited, and may be, for example, natural rubber, synthetic resin, or glass fiber.
  • the ion moving layer 15 includes, for example, an ion exchange membrane. When an ion exchange membrane is used, hydrogen ions can be moved more effectively.
  • the ion transfer layer 15 may be formed using silicone rubber or Gore-Tex manufactured by Gore. Alternatively, the ion transfer layer 15 may be an ion exchange resin layer filled in the voids in the first conductive layer 21A.
  • the oxidation reaction of the components contained in the liquid to be treated 17 may be performed using a catalyst material instead of the anaerobic microorganism group.
  • the catalyst material may be supported on the first surface 10 a of the structure 10.
  • the second surface 10b of the structure 10 may carry an oxygen reduction catalyst.
  • the first surface 10a of the structure 10 may be modified with an electron transfer mediator molecule.
  • electron transfer mediator molecules may be present in the treatment tank 12.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a liquid processing apparatus 300 according to the third embodiment.
  • the same components as those of the liquid processing apparatus 200 shown in FIG. 3 are identical to the same components as those of the liquid processing apparatus 200 shown in FIG.
  • the liquid processing apparatus 300 includes the structure 10 having the conductor 11 and the ion moving layer 15 and the processing tank 12 for holding the liquid to be processed 17.
  • the conductor 11 has a first conductive layer 21A, a second conductive layer 21B, and a connection portion 31C.
  • the connection portion 31C electrically connects the first conductive layer 21A and the second conductive layer 21B.
  • the connection part 31 ⁇ / b> C is a plurality of conductive particles 32.
  • the plurality of conductive particles 32 are dispersed inside the ion transfer layer 15 so as to electrically connect the first conductive layer 21A and the second conductive layer 21B.
  • components contained in the liquid to be treated 17 are oxidatively decomposed by the anaerobic microorganism group 16 in the first portion 11a of the first conductive layer 21A.
  • the generated hydrogen ions are transferred through the ion moving layer 15 to the second portion 11b of the second conductive layer 21B.
  • Electrons generated by the oxidative decomposition are transferred from the first conductive layer 21A to the second conductive layer 21B through the connection portion 31C.
  • oxygen molecules in the gas react with the transferred hydrogen ions and electrons to cause a reduction reaction of oxygen.
  • the liquid processing apparatus 300 of the present embodiment has the above-described configuration, the components contained in the liquid to be processed 17 under anaerobic conditions using a local battery reaction, as in the first and second embodiments. Can be oxidatively decomposed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a novel liquid treatment that can reduce the amount of sludge generation and can suppress the generation of biogas. Further, since there is no need to provide wiring such as an external circuit for extracting electricity to the outside, a current collector, a boosting system, etc., a simpler equipment configuration can be realized.
  • the material of the plurality of conductive particles 32 to be the connection portion 31C is not particularly limited.
  • a material of the conductive particles 32 for example, a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, or titanium can be used.
  • a carbon material such as graphite, graphene, or fullerene can be used.
  • the ion moving layer 15 includes, for example, an ion exchange resin.
  • an ion exchange resin When an ion exchange resin is used, hydrogen ions can be moved effectively, and a plurality of conductive particles 32 can be dispersed and supported in the resin.
  • the ion transfer layer 15 may be formed using a silicone resin.
  • the oxidation reaction of the components contained in the liquid to be treated 17 may be performed using a catalyst material instead of the anaerobic microorganism group.
  • the catalyst material may be supported on the first surface 10 a of the structure 10.
  • the second surface 10b of the structure 10 may carry an oxygen reduction catalyst.
  • the first surface 10a of the structure 10 may be modified with an electron transfer mediator molecule.
  • electron transfer mediator molecules may be present in the treatment tank 12.
  • FIG. 4 is a schematic view illustrating a liquid processing apparatus 400 according to the fourth embodiment.
  • the same components as those in the liquid processing apparatus 300 shown in FIG. 4 are identical to FIG. 4, the same components as those in the liquid processing apparatus 300 shown in FIG.
  • the liquid processing apparatus 400 includes the structure 10 having the conductor 11 and the ion moving layer 15 and the processing tank 12 for holding the liquid to be processed 17.
  • the conductor 11 has a first conductive layer 21A and a second conductive layer 21B.
  • 21 A of 1st conductive layers are arrange
  • the first conductive layer 21 ⁇ / b> A includes a first portion 11 a that is exposed to the outside on the first surface 10 a of the structure 10.
  • the second conductive layer 21 ⁇ / b> B includes a plurality of conductive particles 42. At least some of the plurality of conductive particles 42 are dispersed inside the ion moving layer 15.
  • some of the conductive particles 42 a include the second portion 11 b exposed to the outside on the second surface 10 b of the structure 10, and function as a cathode in the local battery reaction.
  • the plurality of conductive particles 42 are present so as to electrically connect the first conductive layer 21A and the conductive particles 42a having the second portion 11b.
  • components contained in the liquid to be treated 17 are oxidatively decomposed by the anaerobic microorganism group 16 in the first portion 11a of the first conductive layer 21A.
  • the generated hydrogen ions are transferred through the ion moving layer 15 to the second portion 11b of the conductive particles 42a.
  • the electrons generated by the oxidative decomposition are transferred from the first conductive layer 21A through the plurality of conductive particles 42 to the second portion 11b of the conductive particles 42a.
  • oxygen molecules in the gas react with the transferred hydrogen ions and electrons, and an oxygen reduction reaction occurs.
  • the liquid processing apparatus 400 of the present embodiment has the above-described configuration, the components contained in the liquid to be processed 17 under anaerobic conditions using a local battery reaction, as in the first to third embodiments. Can be oxidatively decomposed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a novel liquid treatment that can reduce the amount of sludge generation and can suppress the generation of biogas. Further, since there is no need to provide wiring such as an external circuit for extracting electricity to the outside, a current collector, a boosting system, etc., a simpler equipment configuration can be realized.
  • the material of the plurality of conductive particles 42 is not particularly limited.
  • a material of the conductive particles 42 for example, a conductive metal such as aluminum, copper, stainless steel, nickel, or titanium can be used.
  • a carbon material such as graphite, graphene, or fullerene can be used.
  • the ion moving layer 15 includes, for example, an ion exchange resin.
  • an ion exchange resin When an ion exchange resin is used, hydrogen ions can be effectively moved, and a plurality of conductive particles 42 can be dispersed and supported in the resin.
  • the ion transfer layer 15 may be formed using a silicone resin.
  • the conductive particles 42 may function as an oxygen reduction catalyst.
  • the oxidation reaction of the components contained in the liquid to be treated 17 may be performed using a catalyst material instead of the anaerobic microorganism group.
  • the catalyst material may be supported on the first surface 10 a of the structure 10.
  • the second surface 10b of the structure 10 may carry an oxygen reduction catalyst.
  • the first surface 10a of the structure 10 may be modified with an electron transfer mediator molecule.
  • electron transfer mediator molecules may be present in the treatment tank 12.
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating a liquid processing apparatus 500 according to the fifth embodiment.
  • the same components as those in the liquid processing apparatus 100 shown in FIG. 5 are identical to the same components as those in the liquid processing apparatus 100 shown in FIG.
  • the liquid processing apparatus 500 holds the structure 10 having the conductor 11 and the ion moving layer 15, the first treatment tank 12 for holding the first treatment liquid 17, and the second treatment liquid 51.
  • a second treatment tank 52 for the purpose.
  • the first surface 10 a of the structure 10 is located inside the first treatment tank 12.
  • the second surface 10 b of the structure 10 is located inside the second treatment tank 52.
  • the structure 10 is in contact with the first liquid to be processed 17 in the first processing tank 12 on the first surface 10a, and the second processing object in the second processing tank 52 on the second surface 10b. It may be in contact with the liquid 51.
  • the structure 10 may be provided so as to separate the first liquid 17 to be processed and the second liquid 51 to be processed.
  • the first portion 11a is disposed so as to be in contact with the first liquid to be processed 17 in the first processing tank 12, for example.
  • the 1st part 11a functions as an anode in the local battery reaction mentioned later.
  • the second portion 11 b of the conductor 11 is disposed so as to be in contact with the second liquid to be processed 51 in the second processing tank 52.
  • the 2nd part 11b functions as a cathode in the local battery reaction mentioned later.
  • the first treatment tank 12 has a configuration capable of holding the first liquid to be treated 17.
  • the second processing tank 52 has a configuration capable of holding the second liquid 51 to be processed.
  • the 1st processing tank 12 and the 2nd processing tank 52 may be constituted so that a processed liquid may circulate through the inside.
  • a liquid supply port 13 for supplying the first processing liquid 17 to the first processing tank 12 and the processing target liquid 17 after processing.
  • a liquid discharge port 14 for discharging the liquid from the treatment tank 12 may be provided.
  • the second processing tank 52 includes a liquid supply port 53 for supplying the second processing liquid 51 to the second processing tank 52 and the processing target liquid 51 after processing to the second processing tank 52.
  • a liquid discharge port 54 for discharging from the liquid may be provided.
  • the inside of the 1st processing tank 12 and the 2nd processing tank 52 is maintained in anaerobic conditions in which molecular oxygen does not exist, for example (the concentration is very small even if molecular oxygen exists). Thereby, the 1st to-be-processed liquid 17 and the 2nd to-be-processed liquid 51 can be hold
  • the anaerobic microorganism group 16 is used to oxidize and decompose components contained in the first liquid to be processed 17. Moreover, the components contained in the second liquid 51 to be treated are reduced using the anaerobic microorganism group 56.
  • the anaerobic microorganism group 16 is supported on the first portion 11 a of the conductor 11, but may be supported on the first surface 10 a of the structure 10. Alternatively, it may float on the first liquid to be treated 17 in the first treatment tank 12.
  • the anaerobic microorganism group 56 is supported on the second portion 11 b of the conductor 11, but may be supported on the second surface 10 b of the structure 10. Or you may float to the 2nd to-be-processed liquid 51 in the 2nd processing tank 52.
  • the first processing liquid 17 and the second processing liquid 51 can be processed using a local battery reaction. More specifically, on the first surface 10 a side of the structure 10, an oxidation reaction of components contained in the first liquid to be treated 17 is performed using metabolism of the anaerobic microorganism group 16. Hydrogen ions (H + ) generated by the oxidation reaction are transferred to the second surface 10 b side of the structure 10 through the ion moving layer 15. Electrons (e ⁇ ) generated by the oxidation reaction are transferred to the second surface 10 b side through the conductor 11.
  • the electrons and hydrogen ions transferred from the first surface 10a side react with the components contained in the second liquid to be treated 51 to cause a reduction reaction.
  • the oxidation reaction proceeds on the first surface 10a side of the structure 10 and the reduction reaction proceeds on the second surface 10b side, so that a local battery circuit is formed as a whole.
  • the oxidative decomposition of the component (organic substance or nitrogen-containing compound) contained in the first treatment liquid 17 and the reduction of the component contained in the second treatment liquid 51 are efficiently performed through an electron transfer reaction.
  • a novel processing apparatus that can be performed automatically is provided.
  • Organic substances or nitrogen-containing compounds contained in the first liquid to be treated 17 are decomposed and removed by the metabolism of anaerobic microorganisms, that is, the growth of microorganisms. Since this oxidative decomposition treatment is performed under anaerobic conditions, the conversion efficiency from organic matter to new cells of microorganisms can be suppressed lower than when it is performed under aerobic conditions.
  • the proliferation of microorganisms that is, the generation amount of sludge can be reduced.
  • odorous methane gas is generated in a normal anaerobic process, but in the oxidative decomposition process in the present embodiment, as described later, the metabolite is, for example, carbon dioxide (CO 2 ) gas, and the generation of methane gas. Can be suppressed.
  • maintained at the 1st processing tank 12 contains components, such as an organic substance and a nitrogen containing compound, for example.
  • a part of the components of the first liquid to be treated 17 is metabolized by anaerobic microorganisms in the vicinity of the exposed portion of the conductor 11 (first portion 11a). This metabolism generates electrons and releases carbon dioxide and hydrogen ions as metabolites.
  • the generated electrons move from the first portion 11 a through the inside of the conductor 11 to the second portion 11 b of the conductor 11.
  • the hydrogen ions pass through the ion moving layer 15 and move to the second surface 10b side.
  • components in the second liquid to be treated 51 for example, nitrogen oxide ions such as nitrate ions and nitrite ions move from the first liquid to be treated 17. It combines with the generated electrons and hydrogen ions and is reduced to produce water molecules.
  • the above-described half-cell reaction is expressed by the following equation.
  • the first part 11a (anode) of the conductor 11 5C 6 H 12 O 6 + 30H 2 O ⁇ 30CO 2 + 120H + + 120e ⁇
  • the second part 11b (cathode) of the conductor 11 24HNO 3 + 120H + + 120e ⁇ ⁇ 12N 2 + 72H 2 O
  • the half cell reaction mentioned above can be represented with the following formula
  • the configuration of the structure 10 is not particularly limited. Although FIG. 5 shows an example in which the structure 10 in the first embodiment is used, the present embodiment can be realized even if the structure 10 in the second or third embodiment is used.
  • a catalytic material is used in place of the anaerobic microorganism group for the oxidative decomposition of the component contained in the first liquid to be treated 17 and the reduction of the component contained in the second liquid to be treated 51. It may be done.
  • the catalyst material may be supported on the first surface 10 a and the second surface 10 b of the structure 10.
  • the first surface 10a of the structure 10 may be modified with an electron transfer mediator molecule.
  • electron transfer mediator molecules may be present in the treatment tank 12.
  • the structure 10 in the first to fifth embodiments described above is also referred to as a “liquid processing unit”.
  • the liquid processing unit may be a complex having the conductor 11 and the ion transfer layer 15, and may not have a microorganism, a redox catalyst, a mediator molecule, or the like.
  • One embodiment of the present invention can be widely applied to treatment of liquids containing organic substances and nitrogen-containing compounds, for example, wastewater generated from factories of various industries, organic wastewater such as sewage sludge, and the like. It can also be used to improve the water environment.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

 液体処理装置(100)は、第1の面(10a)および第2の面(10b)を有する構造体(10)であって、第1の面(10a)と第2の面(10b)との間に配置され、第1の面(10a)で外部に露出した第1の部分(11a)と第2の面(10b)で外部に露出した第2の部分(11b)とを有し、かつ、第1の部分(11a)と第2の部分(11b)とを導通する導電体(11)、および、第1の面(10a)と第2の面(10b)との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層(15)を有する構造体(10)と、第1の被処理液(17)を保持するための第1の処理槽(12)とを備え、構造体(10)の第1の面(10a)は、第1の処理槽(12)の内部に位置している。

Description

液体処理装置
 本願は、液体処理装置および液体処理ユニットに関する。
 有機物を含む廃水を処理する方法として、微生物の好気呼吸を利用する活性汚泥法(例えば特許文献1)と、微生物の嫌気呼吸を利用する嫌気性処理法(例えば特許文献2)とが知られている。
 活性汚泥法では、微生物を含んだ泥(活性汚泥)と廃水とを生物反応槽(エアレーションタンク)で混合し、微生物が廃水中の有機物を酸化分解するために必要な空気を生物反応槽に送り込んで攪拌する。これにより、廃水中の有機物が酸化分解処理される。しかし、この活性汚泥法には、生物反応槽のエアレーションに莫大な電力を要し、また微生物が酸素呼吸をして活発に代謝を行う結果として、産業廃棄物である大量の汚泥(微生物の死骸)が発生するという問題がある。
 これに対し、嫌気性処理法では、エアレーションが不要となることから、活性汚泥法に比べて必要電力量が大幅軽減される。また、微生物が獲得できる自由エネルギーが小さいので、汚泥発生量が減少する。しかしながら、嫌気呼吸の産物として、可燃性で特有の臭気のあるメタンガスなどのバイオガスが発生する。
特開平2-71896号公報 特開平1-47494号公報
 上述のように、活性汚泥法では汚泥発生量が大きい、従来の嫌気性処理法ではバイオガスが発生するという問題がある。
 本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は、汚泥発生量を低減でき、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な、新規な液体処理装置および液体処理ユニットを提供するものである。
 上記課題を解決するために、本発明の一態様は、第1の面および第2の面を有する構造体であって、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、前記第1の面で外部に露出した第1の部分と前記第2の面で外部に露出した第2の部分とを有し、かつ、前記第1の部分と前記第2の部分とを導通する導電体、および、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層を有する構造体と、第1の被処理液を保持するための第1の処理槽とを備え、前記構造体の前記第1の面は、前記第1の処理槽の内部に位置している液体処理装置を含む。
 本発明の一態様によれば、汚泥発生量を低減でき、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な、新規な液体処理装置および液体処理ユニットを提供できる。
第1の実施形態の液体処理装置を例示する概念図である。 第2の実施形態の液体処理装置を例示する概念図である。 第3の実施形態の液体処理装置を例示する概念図である。 第4の実施形態の液体処理装置を例示する概念図である。 第5の実施形態の液体処理装置を例示する概念図である。 参考例の微生物燃料電池の構成を説明するための概念図である。
 本発明者は、まず、汚泥発生量を低減し、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な廃水処理法として、微生物燃料電池の検討を行った。微生物燃料電池は、例えば特開2009-93861号公報に開示されている。
 以下、図面を参照しながら、参考例として、本発明者の検討した微生物燃料電池の構成および原理を簡単に説明する。
 図6は、参考例の微生物燃料電池の構成を説明するための概略図である。
 微生物燃料電池1000は、容器8内に設けられた、作用極(負電極)2、対極(正電極)3、および、これらの電極2、3の間に配置されたイオン透過性隔膜4を有している。作用極2には微生物6が担持されている。また、作用極2は、外部回路7を介して対極3に電気的に接続され、これにより閉回路が形成されている。
 微生物燃料電池1000の動作時には、作用極2に、有機性物質などを含有する液体(又はガス)5を供給する。対極3には空気(又は酸素)を供給する。作用極2では、微生物6の触媒作用により液体5から水素イオン(H+)及び電子(e-)が生成される。生成された水素イオンは、イオン透過性隔膜4を透過して対極3側へ移動し、電子は外部回路7を介して対極3側へ移動する。作用極2から移動した水素イオン及び電子は、対極3において酸素(O2)と結合し、水(H2O)となって消費される。このとき、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。
 図6に示すような微生物燃料電池1000では、廃液の処理を行う容器8の外部に、外部回路7などの電気配線や、得られた電気エネルギーを利用するための昇圧システム(図示せず)などが設けられる。また、容器8内には、負極2および正極3に加えて、集電体(集電シート)が設けられる場合もある。このように、微生物燃料電池1000を用いた廃液処理では、設備の構成が複雑になるという問題がある。
 本発明の一実施形態は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、汚泥発生量を低減し、かつ、バイオガスの発生を抑制できる新規な液体処理装置を提供する。
 本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
 本発明の一態様である液体処理装置は、第1の面および第2の面を有する構造体であって、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、前記第1の面で外部に露出した第1の部分と前記第2の面で外部に露出した第2の部分とを有し、かつ、前記第1の部分と前記第2の部分とを導通する導電体、および、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層を有する構造体と、第1の被処理液を保持するための第1の処理槽とを備え、前記構造体の前記第1の面は、前記第1の処理槽の内部に位置している。
 前記導電体の前記第1の部分は、例えば、前記第1の処理槽内で前記第1の被処理液と接するように配置され、前記導電体の前記第2の部分は、例えば、酸素を含む気体と接するように配置されている。
 前記第1の被処理液は、例えば、有機物およびアンモニアのうち少なくとも一方を含有する。
 前記構造体は、例えば、前記第1の面に嫌気性微生物群を担持し、前記第2の面に酸素還元触媒を担持している。
 上記液体処理装置は、第2の被処理液を保持するための第2の処理槽をさらに備え、前記構造体の前記第2の面は、前記第2の処理槽の内部に位置していてもよい。
 前記導電体の前記第1の部分は、例えば、前記第1の処理槽内で前記第1の被処理液と接するように配置され、前記導電体の前記第2の部分は、例えば、前記第2の処理槽内で前記第2の被処理液と接するように配置されている。
 前記第1の被処理液は、例えば、有機物およびアンモニアのうち少なくとも一方を含有し、前記第2の被処理液は、例えば、窒素酸化物イオンを含有する。
 前記構造体は、例えば、前記第1の面及び前記第2の面に嫌気性微生物群を担持している。
 前記導電体は、例えば、多孔質または織布状の導電体シートであり、前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記イオン交換樹脂は、前記導電体シート内の空隙に充填されていてもよい。
 前記導電体の少なくとも一部は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置しており、前記少なくとも一部の導電体の表面は、絶縁性材料で覆われていてもよい。
 前記導電体は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、前記イオン移動層の前記第2の面側に配置され、かつ、前記第2の部分を含む第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層とを接続する接続部とを含み、前記接続部の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置していてもよい。
 前記少なくとも一部の接続部の表面は、絶縁性材料で覆われていてもよい。
 前記第1の導電層は、例えば、多孔質または織布状である。
 前記第2の導電層は、例えば、多孔質または織布状である。
 前記接続部は、例えば、前記第1の面から前記第2の面に向かう方向に、前記イオン移動層を貫通して延びている。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換膜を含む。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記接続部は、例えば、複数の導電性粒子を含み、前記複数の導電性粒子は前記イオン交換樹脂中に分散していてもよい。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記導電体は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、複数の導電性粒子を含む第2の導電層とを含み、前記複数の導電性粒子の少なくとも一部は前記イオン交換樹脂中に分散しており、前記複数の導電性粒子の一部は前記第2の部分を含んでもよい。
 前記導電体の少なくとも一部は、例えば、前記イオン移動層を厚さ方向に横切って形成されている。
 本発明の一態様である液体処理ユニットは、第1の面および第2の面を有し、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、前記第1の面で外部に露出した第1の部分と前記第2の面で外部に露出した第2の部分とを有し、かつ、前記第1の部分と前記第2の部分とを導通する導電体と、前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層と備える。
 前記導電体は、例えば、多孔質または織布状の導電体シートであり、前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記イオン交換樹脂は、前記導電体シート内の空隙に充填されていてもよい。
 前記導電体の少なくとも一部は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置しており、前記少なくとも一部の導電体の表面は、絶縁性材料で覆われていてもよい。
 前記導電体は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、前記イオン移動層の前記第2の面側に配置され、かつ、前記第2の部分を含む第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層とを接続する接続部とを含み、前記接続部の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置していてもよい。
 前記接続部は、例えば、前記第1の面から前記第2の面に向かう方向に、前記イオン移動層を貫通して延びている。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換膜を含む。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記接続部は、例えば、複数の導電性粒子を含み、前記複数の導電性粒子は前記イオン交換樹脂中に分散していてもよい。
 前記イオン移動層は、例えば、イオン交換樹脂を含み、前記導電体は、例えば、前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、複数の導電性粒子を含む第2の導電層とを含み、前記複数の導電性粒子の少なくとも一部は前記イオン交換樹脂中に分散しており、前記複数の導電性粒子の一部は前記第2の部分を含んでもよい。
 (第1の実施形態)
 以下、図面を参照しながら、本発明による液体処理装置の第1の実施形態を説明する。本明細書では、「液体処理装置」は、処理しようとする液体(被処理液)に含有されている成分の少なくとも一部を分解あるいは除去する装置を広く含む。「被処理液」は、例えば、有機物、窒素を含む化合物(以下、「窒素含有化合物」とする。)またはその両方を含有する液体である。被処理液は電解液であってもよい。
 図1は、第1の実施形態の液体処理装置100を例示する模式図である。
 液体処理装置100は、導電体11およびイオン移動層15を有する構造体10と、被処理液17を保持するための処理槽12とを備えている。
 構造体10は、第1の面10aおよび第2の面10bを有している。これらの面10a、10bは、構造体10の外表面を規定する面であり、例えば構造体10の外表面が多孔質体表面である場合には、仮想的な面であってもよい。本実施形態では、第1の面10aは、構造体10の内部における水素イオンおよび電子の移動方向の上流側、第2の面10bは下流側に位置する面である。また、構造体10の第1の面10aは、処理槽12の内部に位置している。例えば、構造体10は、第1の面10aで処理槽12内の被処理液と接し、第2の面10bで気相と接していてもよい。その場合、構造体10は、被処理液(液相)と、気相とを分離するように設けられてもよい。
 導電体11は、構造体10の内部、すなわち、構造体10の第1の面10aと第2の面10bとの間に配置されている。また、導電体11は、第1の面10aで外部に露出した第1の部分11aと、第2の面10bで外部に露出した第2の部分11bとを有している。第1の部分11aと第2の部分11bとは導通している。「外部に露出する」とは、構造体10の外部に露出することをいう。これにより、導電体11における第1および第2の部分11a、11bは、構造体10の外部の液相または気相との間で、電子授受を行うことが可能になる。
 図1に示す例では、第1および第2の部分11a、11bは導電体11の端部の表面である。第1の部分11aは、例えば、処理槽12内で被処理液17と接するように配置されている。第1の部分11aは、後述する局所電池反応においてアノードとして機能する。導電体11の第2の部分11bは、例えば、処理槽12の外側で酸素を含む気体と接するように配置されている。第2の部分11bは、後述する局所電池反応においてカソードとして機能する。なお、第2の部分11bは、大気中に暴露されていてもよいし、酸素(または酸素を含む気体)が供給されるように構成されたチャンバー内に設置されていてもよい。
 イオン移動層15は、構造体10の内部、すなわち、第1の面10aと第2の面10bとの間に配置されている。イオン移動層15は、水素イオンが移動可能な層であればよく、例えばイオン交換樹脂またはイオン交換膜を含む。
 処理槽12は、被処理液17を保持可能な構成を有している。処理槽12は、その内部を被処理液17が流通するように構成されていてもよい。例えば、図1に示すように、処理槽12には、被処理液17を処理槽12に供給するための液体供給口13と、処理後の被処理液17を処理槽12から排出するための液体排出口14とが設けられていてもよい。処理槽12内は、例えば、分子状酸素が存在しない(分子状酸素が存在しても、その濃度が極めて小さい)嫌気性条件に保たれている。これにより、被処理液17を、処理槽12内で空気中の酸素と接しないように保持できる。
 本実施形態の液体処理装置100では、嫌気性微生物群16を利用して、被処理液17に含有されている成分の酸化分解を行う。ここでは、嫌気性微生物群16は、導電体11の第1の部分11aに担持されているが、構造体10の第1の面10aに担持されていてもよい。あるいは、処理槽12内の被処理液17に浮遊していてもよい。
 本実施形態の液体処理装置100は、上記構成を有するので、局所電池反応を利用して被処理液17の処理を行うことができる。より具体的には、構造体10の第1の面10a側において、嫌気性微生物群16の代謝を利用して、被処理液17に含まれる成分の酸化反応を行う。酸化反応により生成した水素イオン(H+)は、イオン移動層15を通って、構造体10の第2の面10b側に移送される。酸化反応により生成した電子(e-)は、導電体11を通って第2の面10b側に移送される。一方、構造体10の第2の面10b側においては、第1の面10a側から移送された電子および水素イオンが、気体中の酸素分子と反応し、酸素の還元反応が生じる。このように、構造体10の第1の面10a側で酸化反応、第2の面10b側で酸素の還元反応が進行し、全体として局所電池回路が形成される。
 本実施形態によると、電子移動反応を介して、被処理液17に含まれる成分(有機物または窒素含有化合物)を効率的に酸化分解できる新規な処理装置が提供される。被処理液17に含まれる有機物または窒素含有化合物は、嫌気性微生物の代謝、すなわち微生物の増殖によって分解・除去される。この酸化分解処理は、嫌気性条件下で行われるため、好気性条件下で行われる場合よりも、有機物から微生物の新しい細胞への変換効率を低く抑えることができる。このため、活性汚泥法を用いる場合よりも、微生物の増殖、すなわち汚泥の発生量を低減できる。また、通常の嫌気性処理では臭気性のメタンガスが生成されるが、本実施形態における酸化分解処理では、後述するように、代謝生成物は例えば二酸化炭素(CO2)ガスであり、メタンガスの生成を抑制できる。
 以下、本実施形態で利用する局所電池反応の一例をより詳しく説明する。
 処理槽12に保持されている被処理液17は、例えば有機物、窒素含有化合物などの成分を含有している。被処理液17の成分の一部は、導電体11の露出部分(第1の部分11a)の近傍において、嫌気性微生物によって代謝される。この代謝により、電子を生成するとともに、代謝産物として二酸化炭素および水素イオンを放出する。生成された電子は、第1の部分11aから、導電体11内部を通って、導電体11の第2の部分11bへと移動する。水素イオンは、イオン移動層15を透過し、第2の面10b側に移動する。一方、導電体11の第2の部分11bの近傍では、気体中の酸素分子が、被処理液17から移動してきた電子及び水素イオンと結合し、水分子が生成される。
 被処理液17が有機物としてグルコースを含有する場合、上述した局所電池反応(半セル反応)は、以下の式で表される。
・導電体11の第1の部分11a(アノード):
6126 + 6H2O → 6CO2 + 24H+ + 24e-
・導電体11の第2の部分11b(カソード):
6O2 + 24H+ + 24e- → 12H2
 また、被処理液17が窒素含有化合物としてアンモニアを含有する場合、上述した半セル反応は、以下の式で表される。
・導電体11の第1の部分11a(アノード):
4NH3 → 2N2 + 12H+ + 12e-
・導電体11の第2の部分11b(カソード):
3O2 + 12H+ + 12e- → 6H2
 なお、図6に例示した微生物燃料電池1000では、汚泥発生量を低減し、かつ、バイオガスの生成を抑制できるが、その構成が複雑になるという問題がある。これに対し、本実施形態の液体処理装置100は、微生物燃料電池よりも簡易な構成を有し得る。例えば微生物燃料電池では、アノードとカソードを別個に設け、これらを外部回路で接続する。発電を効率よく行うために、アノードに集電体が設けられる場合もある。これに対し、液体処理装置100では、導電体11の両端部を電池反応に用いる2つの電極として機能させることにより、2つの電極を一体的に形成することが可能である。具体的には、導電体11の第1の部分11aをアノード、第2の部分11bをカソードとして機能させることができる。また、液体処理装置100には、微生物燃料電池に通常設けられる外部回路などの配線、集電体、昇圧システムなどを設ける必要がない。このため、より簡易な設備構成を実現できる。さらに、本実施形態によると、アノードとカソードとを短絡し、発電を行わないので、液体の処理効率をさらに向上できる。
 本実施形態の液体処理装置100では、例えば、構造体10またはイオン移動層15は、処理槽12の内部に保持された被処理液(液相)17と、酸素を含む気相とを分離するように配置されている。ここでいう「分離」とは、物理的に遮断することをいう。これにより、被処理液17中の有機物や窒素含有化合物が気相側に移動するのを抑制するとともに、気相側の酸素分子が被処理液17に移動するのを抑制できる。このため、処理槽12内を、より確実に、分子状酸素が存在しない嫌気性条件に保つことができる。この結果、処理槽12内においても、気相においても、好気性微生物の繁殖が抑えられるので、より確実に嫌気性条件下で液体処理を行うことができる。
 導電体11の構成は特に限定されない。導電体11は、構造体10の厚さ(水素イオンの移動方向に沿った厚さ)全体に亘って形成されていてもよい。例えば、構造体10の第1の面10aから第2の面10bに向かって連続して延びていてもよい。あるいは、導電体11は、電気的に接続された複数の導電部分から構成されていてもよい。例えば、後述するように、電気的に接続された複数の導電層を有していてもよい。また、導電体11における第1の部分11aおよび第2の部分11bとの間の抵抗が低く抑えられている(例えば、第1の部分11aと第2の部分11bとが短絡されている)と、より高い処理効率が得られる。さらに、導電体11の少なくとも一部は、イオン移動層15の厚さ方向を横切って形成されていてもよい。導電体11の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属、カーボンペーパー、カーボンフェルトのような炭素材料などを用いることができる。
 本実施形態における構造体10では、導電体11は、厚さ方向に連続した空間(空隙)を有していてもよい。例えば、多孔質または織布状の導電体シートなどの内部に空隙を有する導電体シートであってもよい。あるいは、厚さ方向に複数の貫通孔を有する金属板であってもよい。また、イオン移動層15は、例えばイオン交換樹脂を含んでおり、イオン交換樹脂は、導電体11内の空間(空隙)に充填されていてもよい。これにより、被処理液および微生物と、気体中の酸素とが互いに接触することが抑制される。従って、微生物の過度な増殖が抑えられるので、汚泥の発生量を削減できる。イオン交換樹脂は、例えば、構造体10の内部に生じる気液界面付近に充填されてもよい。イオン交換樹脂として、例えばデュポン社のナフィオン、旭硝子社のフレミオン、セレミオンを用いてもよい。
 導電体11の少なくとも一部は、例えば、イオン移動層15の内部、すなわち、イオン移動層15の第1の面10a側の表面と第2の面10b側の表面との間に位置している。このとき、導電体11の表面のうち、第1の面10a側の表面と第2の面10b側の表面との間に位置している部分は、絶縁性材料で覆われていてもよい。これにより、導電体11を通る電子と、イオン移動層15を通る水素イオンとの接触をより確実に抑制できる。従って、電子および水素イオンが、構造体10の第1の面10a側から第2の面10b側に移動する間に反応することを抑制でき、電子および水素イオンを効率よく第2の面10b側に導くことができる。なお、導電体11の表面のうち外部に露出している部分11a、11b以外の部分全体が絶縁性材料で覆われていてもよい。絶縁性材料として、特に限定されないが、例えば天然ゴム、合成樹脂、硝子繊維などが用いられる。
 構造体10の第1の面10a側における、被処理液17に含まれる成分の酸化反応は、触媒材料を利用して行ってもよい。この場合、酸化触媒は構造体10の第1の面1aに担持されていてもよい。
 構造体10の第2の面10bには酸素還元触媒が担持されていてもよい。これにより、酸素の還元反応効率を高めることができるので、より効率的な液体処理を実現できる。酸素還元触媒は白金であってもよい。あるいは、酸素還元触媒は、少なくとも1種の非金属原子と金属原子とがドープされた炭素粒子を含んでもよい。炭素粒子にドープされる原子は特に限定されない。非金属原子は、例えば窒素原子、ホウ素原子、硫黄原子、リン原子などであってもよい。金属原子は、例えば鉄原子、銅原子などであってもよい。
 構造体10の第1の面10aには、例えば、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、処理槽12内の被処理液が電子伝達メディエーター分子を含んでいてもよい。これにより、微生物から導電体への電子移動効率を高めることができ、より効率的な液体処理を実現できる。以下、メディエーター分子による効果をより詳しく説明する。
 嫌気性微生物による代謝機構では、細胞内あるいは最終電子受容体との間で電子の授受が行われる。被処理液17中にメディエーター分子を導入すると、メディエーター分子が代謝の最終電子受容体として作用し、かつ、受け取った電子を導電体11へと受け渡す。この結果、被処理液17における有機物などの酸化分解速度を高めることが可能になる。メディエーター分子が構造体10の第1の面10a(または導電体11の第1の部分11a)に担持されていても同様の効果が得られる。メディエーター分子は特に限定されないが、neutral red、anthraquinone-2-6,disulfonate(AQDS)、thionin、potassium ferricyanide、methyl viologenであってもよい。
 (第2の実施形態)
 以下、図面を参照しながら、本発明による液体処理装置の第2の実施形態を説明する。
 図2は、第2の実施形態の液体処理装置200を例示する模式図である。図2では、図1に示す液体処理装置100と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
 液体処理装置200は、導電体11およびイオン移動層15を有する構造体10と、被処理液17を保持するための処理槽12とを備えている。
 導電体11は、第1の導電層21A、第2の導電層21Bおよび接続部21Cを有している。第1の導電層21Aは、イオン移動層15の第1の面10a側に配置されており、局所電池反応においてアノードとして機能する。第1の導電層21Aは、構造体10の第1の面10aで外部に露出する第1の部分11aを含む。第2の導電層21Bは、イオン移動層15の第2の面10b側に配置されており、局所電池反応においてカソードとして機能する。第2の導電層21Bは、構造体10の第2の面10bで外部に露出する第2の部分11bを含む。接続部21Cは、第1の導電層21Aと第2の導電層21Bとを電気的に接続する。接続部21Cの少なくとも一部は、イオン移動層15の内部、すなわち、イオン移動層15の第1の面10a側の表面と第2の面10b側の表面との間に位置している。例えば、図示するように、イオン移動層15を厚さ方向に横切って形成されていてもよい。
 本実施形態では、第1の導電層21Aの第1の部分11aにおいて、被処理液17に含まれる成分が嫌気性微生物群16で酸化分解される。生成された水素イオンは、イオン移動層15を通って第2の導電層21Bの第2の部分11bまで移送される。酸化分解によって生成された電子は、第1の導電層21Aから接続部21Cを通って第2の導電層21Bに移送される。第2の導電層21Bにおいては、気体中の酸素分子が、移送されてきた水素イオンおよび電子と反応し、酸素の還元反応が生じる。
 本実施形態の液体処理装置200は、上記構成を有するので、第1の実施形態と同様に、局所電池反応を利用して、嫌気性条件下で被処理液17に含有される成分の酸化分解を行うことができる。従って、本実施形態によると、汚泥発生量を低減でき、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な、新規な液体処理を実現し得る。
 図2に示す例では、構造体10の第1の面10aは、第1の導電層21Aの表面によって規定され、第1の導電層21Aの表面全体が、外部(ここでは被処理液17)と接している。なお、第1の導電層21Aの表面のうち少なくとも一部が被処理液17と接していればよい。同様に、構造体10の第2の面10bは、第2の導電層21Bの表面によって規定され、第2の導電層21Bの表面は、外部(ここでは酸素を含む気体)と接している。第2の導電層21Bの表面のうち少なくとも一部が気体と接していればよい。
 第1の導電層21Aは、厚さ方向に連続した空間(空隙)を有していてもよい。例えば、内部に複数の空隙を有する多孔質または織布状であってもよい。複数の空隙内は、被処理液17で満たされてもよい。これにより、第1の導電層21Aの表面近傍で酸化分解反応により生成された水素イオンは、第1の導電層21Aの空隙を通ってイオン移動層15に到達でき、さらにイオン移動層15を通って第2の面10b側まで移動できる。
 第1の導電層21Aの材料は、特に限定されない。第1の導電層21Aの材料として、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属や、カーボンペーパー、カーボンフェルトのような炭素材料を用いることができる。
 第2の導電層21Bは、厚さ方向に連続した空間(空隙)を有していてもよい。例えば、内部に複数の空隙を有する多孔質または織布状であってもよい。これにより、イオン移動層15を通って第2の面10b側に移動してきた水素イオンを、より確実に、気体中の酸素と反応させることができる。第2の導電層21Bの材料は特に限定されないが、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属や、カーボンペーパー、カーボンフェルトのような炭素材料を用いることができる。
 接続部21Cは、第1の導電層21Aと第2の導電層21Bとを導通するように構成されていればよく、その形状は特に限定されない。図示するように、接続部21Cは、第1の面10aから第2の面10bに向かう方向に、イオン移動層15内を貫通して延びていてもよい。この例では、接続部21Cは、第1および第2の面10a、10bで外部(液相、気相)と接しているが、接続部21Cは外部に接していなくてもよい。接続部21Cの材料は特に限定されない。接続部21Cの材料として、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属を用いることができる。
 接続部21Cのうちイオン移動層15の内部に位置する部分は、絶縁性材料で覆われていてもよい。これにより、電子と水素イオンとが第1の面10aから第2の面10b側に移動する間に反応することを抑制でき、電子および水素イオンを効率よく第2の面10b側に移動させることができる。なお、接続部21Cのうち外部に露出している部分および第1および第2の導電層21A、21Bと接している部分以外の部分全体が絶縁性材料で覆われていてもよい。絶縁性材料は、特に限定されないが、例えば天然ゴムや合成樹脂、硝子繊維であってもよい。
 イオン移動層15は、例えばイオン交換膜を含む。イオン交換膜を用いると、より効果的に水素イオンを移動させることができる。なお、イオン移動層15は、シリコーンゴム、またはゴア社のゴアテックスを用いて形成されてもよい。あるいは、イオン移動層15は、第1の導電層21A内の空隙に充填されたイオン交換樹脂層であってもよい。
 本実施形態でも、第1の実施形態と同様に、被処理液17に含まれる成分の酸化反応は、嫌気性微生物群の代わりに触媒材料を利用して行ってもよい。この場合、触媒材料は構造体10の第1の面10aに担持されていてもよい。また、構造体10の第2の面10bは酸素還元触媒を担持していてもよい。また、構造体10の第1の面10aには、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、処理槽12内に、電子伝達メディエーター分子が存在していてもよい。
 (実施の形態3)
 以下、図面を参照しながら、本発明による液体処理装置の第3の実施の形態を説明する。
 図3は、第3の実施形態の液体処理装置300を例示する模式図である。図3では、図2に示す液体処理装置200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
 液体処理装置300は、導電体11およびイオン移動層15を有する構造体10と被処理液17を保持するための処理槽12とを備えている。
 導電体11は、第1の導電層21A、第2の導電層21Bおよび接続部31Cを有している。接続部31Cは、第1の導電層21Aと第2の導電層21Bとを電気的に接続する。接続部31Cは、複数の導電性粒子32である。複数の導電性粒子32は、第1の導電層21Aと第2の導電層21Bとを電気的に接続するように、イオン移動層15の内部に分散して存在する。
 本実施形態では、第1の導電層21Aの第1の部分11aにおいて、被処理液17に含まれる成分が嫌気性微生物群16で酸化分解される。生成された水素イオンは、イオン移動層15を通って第2の導電層21Bの第2の部分11bまで移送される。酸化分解によって生成された電子は、第1の導電層21Aから接続部31Cを通って第2の導電層21Bに移送される。第2の導電層21Bにおいては、気体中の酸素分子が、移送されてきた水素イオンおよび電子と反応し、酸素の還元反応が生じる。
 本実施形態の液体処理装置300は、上記構成を有するので、第1、第2の実施形態と同様に、局所電池反応を利用して、嫌気性条件下で被処理液17に含有される成分の酸化分解を行うことができる。従って、本実施形態によると、汚泥発生量を低減でき、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な、新規な液体処理を実現し得る。また、電気を外部に取り出すための外部回路などの配線、集電体、昇圧システムなどを設ける必要がないため、より簡易な設備構成を実現できる。
 接続部31Cとなる複数の導電性粒子32の材料は特に限定されない。導電性粒子32の材料として、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属を用いることができる。また、グラファイト、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。
 イオン移動層15は、例えばイオン交換樹脂を含む。イオン交換樹脂を用いると、水素イオンを効果的に移動させることができると共に、複数の導電性粒子32を樹脂中に分散させて担持させることができる。なお、イオン移動層15は、シリコーン樹脂を用いて形成されてもよい。
 本実施形態でも、第1、第2の実施形態と同様に、被処理液17に含まれる成分の酸化反応は、嫌気性微生物群の代わりに触媒材料を利用して行ってもよい。この場合、触媒材料は構造体10の第1の面10aに担持されていてもよい。また、構造体10の第2の面10bは酸素還元触媒を担持していてもよい。また、構造体10の第1の面10aには、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、処理槽12内に、電子伝達メディエーター分子が存在していてもよい。
 (実施の形態4)
 以下、図面を参照しながら、本発明による液体処理装置の第4の実施の形態を説明する。
 図4は、第4の実施形態の液体処理装置400を例示する模式図である。図4では、図3に示す液体処理装置300と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
 液体処理装置400は、導電体11およびイオン移動層15を有する構造体10と被処理液17を保持するための処理槽12とを備えている。
 導電体11は、第1の導電層21A、および、第2の導電層21Bを有している。第1の導電層21Aは、イオン移動層15の第1の面10a側に配置されており、局所電池反応においてアノードとして機能する。第1の導電層21Aは、構造体10の第1の面10aで外部に露出する第1の部分11aを含む。第2の導電層21Bは、複数の導電性粒子42を含んでいる。複数の導電性粒子42の少なくとも一部は、イオン移動層15の内部に分散して存在する。複数の導電性粒子42のうち一部の導電性粒子42aは、構造体10の第2の面10bで外部に露出する第2の部分11bを含み、局所電池反応においてカソードとして機能する。複数の導電性粒子42は、第1の導電層21Aと、第2の部分11bを有する導電性粒子42aとを電気的に接続するように存在する。
 本実施形態では、第1の導電層21Aの第1の部分11aにおいて、被処理液17に含まれる成分が嫌気性微生物群16で酸化分解される。生成された水素イオンは、イオン移動層15を通って導電性粒子42aの第2の部分11bまで移送される。酸化分解によって生成された電子は、第1の導電層21Aから複数の導電性粒子42を通って導電性粒子42aの第2の部分11bに移送される。導電性粒子42aの第2の部分11bにおいては、気体中の酸素分子が、移送されてきた水素イオンおよび電子と反応し、酸素の還元反応が生じる。
 本実施形態の液体処理装置400は、上記構成を有するので、第1~第3の実施形態と同様に、局所電池反応を利用して、嫌気性条件下で被処理液17に含有される成分の酸化分解を行うことができる。従って、本実施形態によると、汚泥発生量を低減でき、かつ、バイオガスの発生を抑制可能な、新規な液体処理を実現し得る。また、電気を外部に取り出すための外部回路などの配線、集電体、昇圧システムなどを設ける必要がないため、より簡易な設備構成を実現できる。
 複数の導電性粒子42の材料は特に限定されない。導電性粒子42の材料として、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、チタンなどの導電性金属を用いることができる。また、グラファイト、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。
 イオン移動層15は、例えばイオン交換樹脂を含む。イオン交換樹脂を用いると、水素イオンを効果的に移動させることができると共に、複数の導電性粒子42を樹脂中に分散させて担持させることができる。なお、イオン移動層15は、シリコーン樹脂を用いて形成されてもよい。
 本実施形態は、導電性粒子42が、酸素還元触媒として機能してもよい。また、第1~第3の実施形態と同様に、被処理液17に含まれる成分の酸化反応は、嫌気性微生物群の代わりに触媒材料を利用して行ってもよい。この場合、触媒材料は構造体10の第1の面10aに担持されていてもよい。また、構造体10の第2の面10bは酸素還元触媒を担持していてもよい。また、構造体10の第1の面10aには、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、処理槽12内に、電子伝達メディエーター分子が存在していてもよい。
 (実施の形態5)
 以下、図面を参照しながら、本発明による液体処理装置の第5の実施の形態を説明する。
 図5は、第5の実施形態の液体処理装置500を例示する模式図である。図5では、図1に示す液体処理装置100と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
 液体処理装置500は、導電体11およびイオン移動層15を有する構造体10と第1の被処理液17を保持するための第1の処理槽12と、第2の被処理液51を保持するための第2の処理槽52とを備えている。
 構造体10の第1の面10aは、第1の処理槽12の内部に位置している。また、構造体10の第2の面10bは、第2の処理槽52の内部に位置している。例えば、構造体10は、第1の面10aで第1の処理槽12内の第1の被処理液17と接し、第2の面10bで第2の処理槽52内の第2の被処理液51と接していてもよい。その場合、構造体10は、第1の被処理液17と、第2の被処理液51とを分離するように設けられてもよい。
 第1の部分11aは、例えば、第1の処理槽12内で第1の被処理液17と接するように配置されている。第1の部分11aは、後述する局所電池反応においてアノードとして機能する。導電体11の第2の部分11bは、例えば、第2の処理槽52内で第2の被処理液51と接するように配置されている。第2の部分11bは、後述する局所電池反応においてカソードとして機能する。
 第1の処理槽12は、第1の被処理液17を保持可能な構成を有している。第2の処理槽52は、第2の被処理液51を保持可能な構成を有している。第1の処理槽12、および第2の処理槽52は、その内部を被処理液が流通するように構成されていてもよい。例えば、図5に示すように、第1の処理槽12には、第1の被処理液17を第1の処理槽12に供給するための液体供給口13と、処理後の被処理液17を処理槽12から排出するための液体排出口14とが設けられていてもよい。また、第2の処理槽52には、第2の被処理液51を第2の処理槽52に供給するための液体供給口53と、処理後の被処理液51を第2の処理槽52から排出するための液体排出口54とが設けられていてもよい。第1の処理槽12、及び第2の処理槽52内は、例えば、分子状酸素が存在しない(分子状酸素が存在しても、その濃度が極めて小さい)嫌気性条件に保たれている。これにより、第1の被処理液17及び第2の被処理液51を、処理槽内で空気中の酸素と接しないように保持できる。
 本実施形態の液体処理装置500では、嫌気性微生物群16を利用して、第1の被処理液17に含有されている成分の酸化分解を行う。また、嫌気性微生物群56を利用して、第2の被処理液51に含有されている成分の還元を行う。ここでは、嫌気性微生物群16は、導電体11の第1の部分11aに担持されているが、構造体10の第1の面10aに担持されていてもよい。あるいは、第1の処理槽12内の第1の被処理液17に浮遊していてもよい。嫌気性微生物群56も同様に、導電体11の第2の部分11bに担持されているが、構造体10の第2の面10bに担持されていてもよい。あるいは、第2の処理槽52内の第2の被処理液51に浮遊していてもよい。
 本実施形態の液体処理装置500は、上記構成を有するので、局所電池反応を利用して第1の被処理液17及び第2の被処理液51の処理を行うことができる。より具体的には、構造体10の第1の面10a側において、嫌気性微生物群16の代謝を利用して、第1の被処理液17に含まれる成分の酸化反応を行う。酸化反応により生成した水素イオン(H+)は、イオン移動層15を通って、構造体10の第2の面10b側に移送される。酸化反応により生成した電子(e-)は、導電体11を通って第2の面10b側に移送される。一方、構造体10の第2の面10b側においては、第1の面10a側から移送された電子および水素イオンが、第2の被処理液51に含まれる成分と反応し、還元反応が生じる。このように、構造体10の第1の面10a側で酸化反応、第2の面10b側で還元反応が進行し、全体として局所電池回路が形成される。
 本実施形態によると、電子移動反応を介して、第1の被処理液17に含まれる成分(有機物または窒素含有化合物)の酸化分解及び第2の被処理液51に含まれる成分の還元を効率的に行うことができる新規な処理装置が提供される。第1の被処理液17に含まれる有機物または窒素含有化合物は、嫌気性微生物の代謝、すなわち微生物の増殖によって分解・除去される。この酸化分解処理は、嫌気性条件下で行われるため、好気性条件下で行われる場合よりも、有機物から微生物の新しい細胞への変換効率を低く抑えることができる。このため、活性汚泥法を用いる場合よりも、微生物の増殖、すなわち汚泥の発生量を低減できる。また、通常の嫌気性処理では臭気性のメタンガスが生成されるが、本実施形態における酸化分解処理では、後述するように、代謝生成物は例えば二酸化炭素(CO2)ガスであり、メタンガスの生成を抑制できる。
 以下、本実施形態で利用する局所電池反応の一例をより詳しく説明する。
 第1の処理槽12に保持されている被処理液17は、例えば有機物、窒素含有化合物などの成分を含有している。第1の被処理液17の成分の一部は、導電体11の露出部分(第1の部分11a)の近傍において、嫌気性微生物によって代謝される。この代謝により、電子を生成するとともに、代謝産物として二酸化炭素および水素イオンを放出する。生成された電子は、第1の部分11aから、導電体11内部を通って、導電体11の第2の部分11bへと移動する。水素イオンは、イオン移動層15を透過し、第2の面10b側に移動する。一方、導電体11の第2の部分11bの近傍では、第2の被処理液51内の成分、例えば硝酸イオンや亜硝酸イオンなどの窒素酸化物イオンが、第1の被処理液17から移動してきた電子及び水素イオンと結合し還元され、水分子が生成される。
 第1の被処理液17が有機物としてグルコースを含有し、第2の被処理液51が硝酸を含有する場合、上述した半セル反応は、以下の式で表される。
・導電体11の第1の部分11a(アノード):
5C6126 + 30H2O → 30CO2 + 120H+ + 120e-
・導電体11の第2の部分11b(カソード):
24HNO3 + 120H+ + 120e- → 12N2 + 72H2
 また、第1の被処理液17が窒素含有化合物としてアンモニアを含有し、第2の被処理液51が硝酸を含有する場合、上述した半セル反応は、以下の式で表せる。
・導電体11の第1の部分11a(アノード):
10NH3 → 5N2 + 30H+ + 30e-
・導電体11の第2の部分11b(カソード):
6HNO3 + 30H+ + 30e- → 3N2 + 18H2
 構造体10の構成は特に限定されない。図5では、実施の形態1における構造体10を使用した例を示したが、実施の形態2または3における構造体10を使用しても本実施の形態を実現することができる。
 本実施形態では、第1の被処理液17に含有されている成分の酸化分解及び第2の被処理液51に含有されている成分の還元を、嫌気性微生物群の代わりに触媒材料を利用して行ってもよい。この場合、触媒材料は、構造体10の第1の面10aおよび第2の面10bに担持されていてもよい。また、構造体10の第1の面10aには、電子伝達メディエーター分子が修飾されていてもよい。あるいは、処理槽12内に、電子伝達メディエーター分子が存在していてもよい。
 本明細書では、上述した第1から第5の実施形態における構造体10を、「液体処理ユニット」とも称する。液体処理ユニットは、導電体11およびイオン移動層15を有する複合体であればよく、微生物、酸化還元触媒、メディエーター分子などを有していなくてもよい。液体処理ユニットを処理槽に設置することにより、簡易な構成の液体処理設備が提供される。
 本発明の一態様は、有機物や窒素含有化合物を含む液体、例えば各種産業の工場などから発生する排水、下水汚泥などの有機性廃水などの処理に広く適用できる。また、水域の環境改善などにも利用できる。
 2    作用極
 3    対極
 4    イオン透過性隔膜
 5    液体
 6    微生物
 7    外部回路
 8    容器
 10   構造体(液体処理ユニット)
 10a、10b  構造体の面
 11   導電体
 11a、11b  導電体の部分
 21A、21B  導電層
 21C、31C  接続部
 12、52   処理槽
 13、53   液体供給口
 14、54   液体排出口
 15   イオン移動層
 16、56   嫌気性微生物群
 17、51   被処理液
 32、42、42a 導電性粒子
 1000  微生物燃料電池
 100、200、300、400、500  液体処理装置

Claims (27)

  1.  第1の面および第2の面を有する構造体であって、
      前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、前記第1の面で外部に露出した第1の部分と前記第2の面で外部に露出した第2の部分とを有し、かつ、前記第1の部分と前記第2の部分とを導通する導電体、および、
      前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層
     を有する構造体と、
     第1の被処理液を保持するための第1の処理槽と
    を備え、
     前記構造体の前記第1の面は、前記第1の処理槽の内部に位置している液体処理装置。
  2.  前記導電体の前記第1の部分は、前記第1の処理槽内で前記第1の被処理液と接するように配置され、前記導電体の前記第2の部分は、酸素を含む気体と接するように配置されている、請求項1に記載の液体処理装置。
  3.  前記第1の被処理液は、有機物およびアンモニアのうち少なくとも一方を含有する、請求項2に記載の液体処理装置。
  4.  前記構造体は、前記第1の面に嫌気性微生物群を担持し、前記第2の面に酸素還元触媒を担持している、請求項1から3のいずれかに記載の液体処理装置。
  5.  第2の被処理液を保持するための第2の処理槽をさらに備え、
    前記構造体の前記第2の面は、前記第2の処理槽の内部に位置している、請求項1に記載の液体処理装置。
  6.  前記導電体の前記第1の部分は、前記第1の処理槽内で前記第1の被処理液と接するように配置され、前記導電体の前記第2の部分は、前記第2の処理槽内で前記第2の被処理液と接するように配置されている、請求項5に記載の液体処理装置。
  7.  前記第1の被処理液は、有機物およびアンモニアのうち少なくとも一方を含有し、
     前記第2の被処理液は、窒素酸化物イオンを含有する、請求項5または6に記載の液体処理装置。
  8.  前記構造体は、前記第1の面及び前記第2の面に嫌気性微生物群を担持している、請求項5から7のいずれかに記載の液体処理装置。
  9.  前記導電体は、多孔質または織布状の導電体シートであり、
     前記イオン移動層は、イオン交換樹脂を含み、
     前記イオン交換樹脂は、前記導電体シート内の空隙に充填されている、請求項1から8のいずれかに記載の液体処理装置。
  10.  前記導電体の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置しており、
     前記少なくとも一部の導電体の表面は、絶縁性材料で覆われている、請求項9に記載の液体処理装置。
  11.  前記導電体は、
      前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、
      前記イオン移動層の前記第2の面側に配置され、かつ、前記第2の部分を含む第2の導電層と、
      前記第1の導電層と前記第2の導電層とを接続する接続部と
    を含み、
     前記接続部の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置している、請求項1から8のいずれかに記載の液体処理装置。
  12.  前記少なくとも一部の接続部の表面は、絶縁性材料で覆われている、請求項11に記載の液体処理装置。
  13.  前記第1の導電層は、多孔質または織布状である、請求項11または12に記載の液体処理装置。
  14.  前記第2の導電層は、多孔質または織布状である、請求項11から13のいずれかに記載の液体処理装置。
  15.  前記接続部は、前記第1の面から前記第2の面に向かう方向に、前記イオン移動層を貫通して延びている、請求項11から14のいずれかに記載の液体処理装置。
  16.  前記イオン移動層はイオン交換膜を含む、請求項15に記載の液体処理装置。
  17.  前記イオン移動層はイオン交換樹脂を含み、
     前記接続部は、複数の導電性粒子を含み、
     前記複数の導電性粒子は前記イオン交換樹脂中に分散している、請求項11から14のいずれかに記載の液体処理装置。
  18.  前記イオン移動層はイオン交換樹脂を含み、
     前記導電体は、
      前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、
      複数の導電性粒子を含む第2の導電層と
    を含み、前記複数の導電性粒子の少なくとも一部は前記イオン交換樹脂中に分散しており、前記複数の導電性粒子の一部は前記第2の部分を含む、請求項1から8のいずれかに記載の液体処理装置。
  19.  前記導電体の少なくとも一部は、前記イオン移動層を厚さ方向に横切って形成されている、請求項1から18のいずれかに記載の液体処理装置。
  20.  第1の面および第2の面を有し、
     前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、前記第1の面で外部に露出した第1の部分と前記第2の面で外部に露出した第2の部分とを有し、かつ、前記第1の部分と前記第2の部分とを導通する導電体と、
     前記第1の面と前記第2の面との間に配置され、水素イオンが移動するイオン移動層と備える液体処理ユニット。
  21.  前記導電体は、多孔質または織布状の導電体シートであり、
     前記イオン移動層は、イオン交換樹脂を含み、
     前記イオン交換樹脂は、前記導電体シート内の空隙に充填されている、請求項20に記載の液体処理ユニット。
  22.  前記導電体の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置しており、
     前記少なくとも一部の導電体の表面は、絶縁性材料で覆われている、請求項21に記載の液体処理ユニット。
  23.  前記導電体は、
      前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、
      前記イオン移動層の前記第2の面側に配置され、かつ、前記第2の部分を含む第2の導電層と、
      前記第1の導電層と前記第2の導電層とを接続する接続部と
    を含み、
      前記接続部の少なくとも一部は、前記イオン移動層の前記第1の面側の表面と前記第2の面側の表面との間に位置している請求項20に記載の液体処理ユニット。
  24.  前記接続部は、前記第1の面から前記第2の面に向かう方向に、前記イオン移動層を貫通して延びている、請求項23に記載の液体処理ユニット。
  25.  前記イオン移動層はイオン交換膜を含む、請求項24に記載の液体処理ユニット。
  26.  前記イオン移動層はイオン交換樹脂を含み、
     前記接続部は、複数の導電性粒子を含み、
     前記複数の導電性粒子は前記イオン交換樹脂中に分散している、請求項23に記載の液体処理ユニット。
  27.  前記イオン移動層はイオン交換樹脂を含み、
     前記導電体は、
      前記イオン移動層の前記第1の面側に配置され、かつ、前記第1の部分を含む第1の導電層と、
      複数の導電性粒子を含む第2の導電層と
    を含み、前記複数の導電性粒子の少なくとも一部は前記イオン交換樹脂中に分散しており、前記複数の導電性粒子の一部は前記第2の部分を含む、請求項20に記載の液体処理ユニット。
PCT/JP2014/000873 2013-04-22 2014-02-20 液体処理装置 WO2014174742A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/784,164 US9663391B2 (en) 2013-04-22 2014-02-20 Liquid processing apparatus
CN201480022847.8A CN105143114B (zh) 2013-04-22 2014-02-20 液体处理装置
EP14787631.2A EP2977356B1 (en) 2013-04-22 2014-02-20 Liquid processing apparatus and structure for said apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013089405A JP6065321B2 (ja) 2013-04-22 2013-04-22 液体処理装置
JP2013-089405 2013-04-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014174742A1 true WO2014174742A1 (ja) 2014-10-30

Family

ID=51791333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/000873 WO2014174742A1 (ja) 2013-04-22 2014-02-20 液体処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9663391B2 (ja)
EP (1) EP2977356B1 (ja)
JP (1) JP6065321B2 (ja)
CN (1) CN105143114B (ja)
WO (1) WO2014174742A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3199496A4 (en) * 2014-09-26 2017-08-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Liquid processing unit and liquid processing device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016129678A1 (ja) * 2015-02-12 2016-08-18 積水化学工業株式会社 積層体及び水処理システム
US20200317543A1 (en) * 2016-06-01 2020-10-08 Panasonic Intellectual Property Management Co.,Ltd Purification unit and purification device
CN109195925A (zh) * 2016-06-01 2019-01-11 松下知识产权经营株式会社 净化单元及净化装置
WO2019078002A1 (ja) * 2017-10-18 2019-04-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 液体処理システム
WO2019107303A1 (ja) * 2017-11-30 2019-06-06 パナソニック株式会社 浄化装置及び浄化電極
CN113003701B (zh) * 2021-02-08 2022-12-16 哈尔滨工业大学 电耦生物滤池深度净化铅锌矿尾矿库废水装置
CN114044574A (zh) * 2022-01-13 2022-02-15 广州创出环保科技有限公司 一种用于处理污水的共栖生物载体

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6447494A (en) 1987-08-17 1989-02-21 Kurita Water Ind Ltd Anaerobic treatment of organic effluent water
JPH0271896A (ja) 1988-09-05 1990-03-12 Kubota Ltd 好気性処理装置
JP2002520032A (ja) * 1998-07-09 2002-07-09 ミシガン ステイト ユニバーシティー 生物学的プロトン駆動力の発生およびピリジンヌクレオチド補因子再生のための電気化学的方法
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
JP2008288198A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 微生物燃料電池
JP2009093861A (ja) 2007-10-05 2009-04-30 Kajima Corp 微生物燃料電池及び微生物燃料電池用の隔膜カセット
WO2010044145A1 (ja) * 2008-10-15 2010-04-22 鹿島建設株式会社 微生物燃料電池及び微生物燃料電池用の隔膜カセット
WO2012115278A1 (ja) * 2011-02-24 2012-08-30 ソニー株式会社 微生物燃料電池、該電池の燃料と微生物、およびバイオリアクタとバイオセンサ
JP2013239292A (ja) * 2012-05-14 2013-11-28 Hitachi Ltd 微生物燃料電池用アノード、微生物燃料電池、微生物燃料電池用アノードの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4690741A (en) * 1984-10-12 1987-09-01 Cape Cod Research, Inc. Electrolytic reactor and method for treating fluids
US6495023B1 (en) 1998-07-09 2002-12-17 Michigan State University Electrochemical methods for generation of a biological proton motive force and pyridine nucleotide cofactor regeneration
CN102001729A (zh) * 2009-09-03 2011-04-06 湖州四方格林自动化技术有限公司 含重金属废水的电解处理方法
JP2011065875A (ja) 2009-09-17 2011-03-31 Kurita Water Ind Ltd 微生物発電装置
KR101103847B1 (ko) * 2010-08-16 2012-01-06 숭실대학교산학협력단 철 산화환원쌍을 이용한 캐소드 전극을 포함하는 연료전지

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6447494A (en) 1987-08-17 1989-02-21 Kurita Water Ind Ltd Anaerobic treatment of organic effluent water
JPH0271896A (ja) 1988-09-05 1990-03-12 Kubota Ltd 好気性処理装置
JP2002520032A (ja) * 1998-07-09 2002-07-09 ミシガン ステイト ユニバーシティー 生物学的プロトン駆動力の発生およびピリジンヌクレオチド補因子再生のための電気化学的方法
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
JP2008288198A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 微生物燃料電池
JP2009093861A (ja) 2007-10-05 2009-04-30 Kajima Corp 微生物燃料電池及び微生物燃料電池用の隔膜カセット
WO2010044145A1 (ja) * 2008-10-15 2010-04-22 鹿島建設株式会社 微生物燃料電池及び微生物燃料電池用の隔膜カセット
WO2012115278A1 (ja) * 2011-02-24 2012-08-30 ソニー株式会社 微生物燃料電池、該電池の燃料と微生物、およびバイオリアクタとバイオセンサ
JP2013239292A (ja) * 2012-05-14 2013-11-28 Hitachi Ltd 微生物燃料電池用アノード、微生物燃料電池、微生物燃料電池用アノードの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2977356A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3199496A4 (en) * 2014-09-26 2017-08-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Liquid processing unit and liquid processing device

Also Published As

Publication number Publication date
EP2977356A4 (en) 2016-05-11
EP2977356A1 (en) 2016-01-27
CN105143114A (zh) 2015-12-09
US9663391B2 (en) 2017-05-30
EP2977356B1 (en) 2017-04-26
CN105143114B (zh) 2017-11-24
JP2014213211A (ja) 2014-11-17
JP6065321B2 (ja) 2017-01-25
US20160052810A1 (en) 2016-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6065321B2 (ja) 液体処理装置
Santoro et al. High catalytic activity and pollutants resistivity using Fe-AAPyr cathode catalyst for microbial fuel cell application
Li et al. Efficient decolorization of azo dye wastewater with polyaniline/graphene modified anode in microbial electrochemical systems
Huang et al. Cobalt recovery from the stripping solution of spent lithium-ion battery by a three-dimensional microbial fuel cell
Hidalgo et al. Streamlining of commercial Berl saddles: a new material to improve the performance of microbial fuel cells
Xie et al. Hydrogen peroxide generation from gas diffusion electrode for electrochemical degradation of organic pollutants in water: A review
JP2009152091A (ja) 微生物発電装置
Sun Electricity generation from seafood wastewater in a single‐and dual‐chamber microbial fuel cell with CoTMPP oxygen‐reduction electrocatalyst
WO2017208495A1 (ja) 浄化ユニット及び浄化装置
JP6643642B2 (ja) 浄化ユニット及び浄化装置
Liu et al. Green degradation for ribavirin on sulfur-doped MnFe2O4 photoelectrocatalysis cathode electrode
JP6447932B2 (ja) 液体処理ユニット及び液体処理装置
CN116395803A (zh) 双电极芬顿反应降解气态和液态污染物的装置及其方法
WO2016067608A1 (ja) 電極並びにそれを用いた微生物燃料電池及び水処理装置
Huang et al. Electrochemical techniques for evaluating short-chain fatty acid utilization by bioanodes
Li et al. The oxidation efficiency and the microbial community analysis of a novel bio-electro-Fenton system with Fe@ Co/GF composite cathode
Fan et al. V2O5· 3H2O/N-doped graphite felt cathode efficiently produced H2O2 and· OH in the electro-Fenton system for enhanced antibiotics degradation
JP7010303B2 (ja) 浄化装置及び浄化電極
Koleva et al. Alternative biological process for livestock manure utilization and energy production using microbial fuel cells
Wei et al. Recycling sulfidic spent caustic streams using a sulfide/air fuel cell
JP6254884B2 (ja) 微生物燃料電池
WO2024119637A1 (zh) 一种用于废水处理的阴阳两极协同电催化系统与应用
Li et al. MoS2-mediated active hydrogen modulation to boost Fe2+ regeneration in solar-driven electro-Fenton process
Ali et al. Enhanced bioelectroremediation of heavy metal contaminated groundwater through advancing a self-standing cathode
CN115140810A (zh) 一种无曝气系统电产过氧化氢和高铁酸盐的装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480022847.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14787631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14784164

Country of ref document: US

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014787631

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014787631

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE