JP2020099850A - Liquid treatment system - Google Patents

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JP2020099850A JP2018238379A JP2018238379A JP2020099850A JP 2020099850 A JP2020099850 A JP 2020099850A JP 2018238379 A JP2018238379 A JP 2018238379A JP 2018238379 A JP2018238379 A JP 2018238379A JP 2020099850 A JP2020099850 A JP 2020099850A
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Yuya Suzuki
雄也 鈴木
直毅 吉川
Naoki Yoshikawa
直毅 吉川
亮 釜井
Ryo Kamai
亮 釜井
道彦 谷
Michihiko Tani
道彦 谷
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Abstract

To provide a liquid treatment system capable of maintaining treatment quality of water discharged high even if concentration of an organic matter in water to be treated is increased.SOLUTION: There are provided liquid treatment systems A and B which comprise a negative electrode 20 which holds an anaerobic microorganism and is in contact with water 3 to be treated containing an organic matter and a positive electrode 10 electrically connected to the negative electrode and have a microbial fuel cell tank 1 provided with an inflow port 4 through which water to be treated flows in and an outflow port 5 through which water to be treated flows out. The liquid treatment systems further comprise a flow rate adjustment part 110 which is provided at the inflow port of the microbial fuel cell tank and adjusts the flow rate of the water to be treated and a control part 120 for controlling the flow rate adjustment part. The control part adjusts the flow rate of the water to be treated by the flow rate adjustment part according to any one of a current value and a voltage value between the positive and negative electrodes, a potential value of the positive electrode and a potential value of the negative electrode.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、液体処理システムに関する。 The present invention relates to liquid treatment systems.

従来より、廃水中に含まれる有機物等を除去するために、種々の水処理方法が提供されている。具体的には、好気性微生物の好気呼吸を利用する活性汚泥法や、嫌気性微生物の嫌気呼吸を利用する嫌気性処理法などの水処理方法が提供されている。 Conventionally, various water treatment methods have been provided to remove organic substances and the like contained in wastewater. Specifically, there are provided water treatment methods such as an activated sludge method utilizing aerobic respiration of aerobic microorganisms and an anaerobic treatment method utilizing anaerobic respiration of anaerobic microorganisms.

活性汚泥法では、好気性微生物を含んだ泥（活性汚泥）と廃水とを生物反応槽で混合し、好気性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とで、廃水を浄化している。活性汚泥法は良好な処理水質が得られる一方で、生物反応槽のエアレーションのために莫大な電力を要する。また、好気性微生物が酸素呼吸をして活発に代謝を行う結果、産業廃棄物である大量の汚泥が発生してしまう。 In the activated sludge method, mud containing aerobic microorganisms (activated sludge) and waste water are mixed in a biological reaction tank, and the air necessary for the aerobic microorganisms to oxidize and decompose organic matter in the waste water is sent to the biological reaction tank. Waste water is purified by stirring at. While the activated sludge method can obtain good treated water quality, it requires enormous electric power for aeration of the biological reaction tank. Further, as aerobic microorganisms breathe oxygen and actively metabolize, a large amount of sludge, which is industrial waste, is generated.

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を大幅に低減することができる。また、嫌気性微生物が獲得する自由エネルギーが好気性微生物に比べて小さいので、汚泥発生量が減少する。 On the other hand, in the anaerobic treatment method, since aeration is not required, it is possible to significantly reduce the amount of electric power required as compared with the activated sludge method. Further, since the free energy acquired by the anaerobic microorganisms is smaller than that of the aerobic microorganisms, the amount of sludge generated is reduced.

ここで、このような嫌気性微生物を利用した技術として、微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池は、生活廃水や工場廃水に含まれる有機物や窒素化合物の化学エネルギーを電気エネルギーに変換しつつ、その有機物や窒素化合物を酸化分解して処理する廃水処理装置である。そして、微生物燃料電池は、汚泥の発生が少なく、さらにエネルギー消費が少ない特徴を有する。 Here, a microbial fuel cell is known as a technique using such anaerobic microorganisms. The microbial fuel cell is a wastewater treatment device that converts chemical energy of organic substances and nitrogen compounds contained in domestic wastewater and industrial wastewater into electric energy, and oxidizes and decomposes the organic substances and nitrogen compounds. Further, the microbial fuel cell has the characteristics that the generation of sludge is small and the energy consumption is small.

微生物燃料電池は、微生物を担持する負極と、酸素を含む気相及び被処理水に接触する正極とを有する。そして、有機物などを含有する被処理水を負極に供給するとともに、酸素を含んだ気体を正極に供給する。正極及び負極は、負荷回路を介して相互に接続することにより閉回路（ｅ−）を形成する。負極では、微生物の触媒作用により被処理水から水素イオン（Ｈ＋）及び電子が生成する。そして、生成した水素イオンは正極へ移動し、電子は負荷回路を介して正極へ移動する。負極から移動した水素イオン及び電子は正極において酸素（Ｏ２）と結合し、水（Ｈ２Ｏ）となって消費される。その際に、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。 The microbial fuel cell has a negative electrode supporting microorganisms, and a positive electrode in contact with a gas phase containing oxygen and water to be treated. Then, the water to be treated containing an organic substance or the like is supplied to the negative electrode, and a gas containing oxygen is supplied to the positive electrode. The positive electrode and the negative electrode form a closed circuit (e − ) by being connected to each other via a load circuit. At the negative electrode, hydrogen ions (H + ) and electrons are generated from the water to be treated due to the catalytic action of microorganisms. Then, the generated hydrogen ions move to the positive electrode, and the electrons move to the positive electrode via the load circuit. Hydrogen ions and electrons transferred from the negative electrode are combined with oxygen (O 2 ) in the positive electrode to be consumed as water (H 2 O). At that time, the electric energy flowing through the closed circuit is recovered.

特許文献１では、有機性基質に浸漬して嫌気性微生物を担持させる負電極と、イオン透過性隔膜で形成された外殻と入出孔とを有する密閉型中空カセット内に電解液と共に封入して有機性基質中に差し込む正電極と、を備える微生物燃料電池を開示している。そして、当該微生物燃料電池では、入出孔経由でカセット内に酸素を供給しつつ、負電極及び正電極を電気的に接続する回路経由で電気を取り出している。 In Patent Document 1, a negative electrode that is immersed in an organic substrate to support anaerobic microorganisms, an outer shell formed of an ion-permeable diaphragm, and an inlet/outlet are enclosed together with an electrolytic solution in an enclosed hollow cassette. A microbial fuel cell comprising a positive electrode plugged into an organic substrate is disclosed. Then, in the microbial fuel cell, while supplying oxygen into the cassette via the inlet/outlet hole, electricity is taken out via a circuit electrically connecting the negative electrode and the positive electrode.

特許第５１６４５１１号公報Japanese Patent No. 5164511

しかしながら、特許文献１に示したような微生物燃料電池では、当該電池に流入する被処理水中の有機物濃度が上昇した場合、有機物の分解が不十分となり、当該電池から排出される水の処理水質が低下するという問題があった。 However, in the microbial fuel cell as shown in Patent Document 1, when the concentration of organic matter in the water to be treated flowing into the cell is increased, the decomposition of the organic matter becomes insufficient, and the treated water quality of the water discharged from the cell is There was a problem of lowering.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合でも、排出される水の処理水質を高く維持することが可能な液体処理システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the related art. Then, an object of the present invention is to provide a liquid treatment system capable of maintaining the treated water quality of discharged water high even when the concentration of organic substances in the treated water rises.

上記課題を解決するために、本発明の態様に係る液体処理システムは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水に接触する負極と、負極と電気的に接続された正極とを備え、被処理水が流入する流入口及び被処理水が流出する流出口が設けられた微生物燃料電池槽を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽の流入口に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部と、流量調整部を制御する制御部と、を備える。制御部は、正極と負極との間の電流値及び電圧値、並びに正極における電位値及び負極における電位値のいずれか一つに応じて、流量調整部により被処理水の流量を調整する制御を行う。 In order to solve the above problems, the liquid treatment system according to an aspect of the present invention holds an anaerobic microorganism, and a negative electrode in contact with water to be treated containing an organic matter, and a positive electrode electrically connected to the negative electrode. And a microbial fuel cell tank provided with an inlet for the treated water to flow in and an outlet for the treated water to flow out. The liquid treatment system further includes a flow rate adjusting unit that is provided at the inlet of the microbial fuel cell tank and that adjusts the flow rate of the water to be treated, and a control unit that controls the flow rate adjusting unit. The control unit controls the flow rate adjusting unit to adjust the flow rate of the water to be treated according to one of the current value and the voltage value between the positive electrode and the negative electrode, and the potential value of the positive electrode and the potential value of the negative electrode. To do.

本開示によれば、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合でも、排出される水の処理水質を高く維持することが可能な液体処理システムを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a liquid treatment system capable of maintaining high treated water quality of discharged water even when the concentration of organic substances in treated water rises.

第一実施形態に係る液体処理システムを概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the liquid processing system which concerns on 1st embodiment. 図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。It is sectional drawing which followed the II line in FIG. 第一実施形態に係る液体処理システムにおける電極カセットの一例を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of an electrode cassette in the liquid processing system according to the first embodiment. 第一実施形態に係る液体処理システムにおいて、微生物燃料電池槽へ流入する被処理水の流量の制御を説明するためのフローチャートである。3 is a flow chart for explaining control of the flow rate of the water to be treated flowing into the microbial fuel cell tank in the liquid treatment system according to the first embodiment. 第二実施形態に係る液体処理システムを概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the liquid treatment system which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態に係る液体処理システムにおいて、微生物燃料電池槽へ流入する被処理水の流量の制御を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining control of a flow rate of water to be treated flowing into a microbial fuel cell tank in the liquid treatment system according to the second embodiment.

以下、本実施形態に係る液体処理システムについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, the liquid processing system according to this embodiment will be described in detail. It should be noted that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

［第一実施形態］
本実施形態に係る液体処理システムＡは、図１に示すように、廃水としての被処理水３を保持する微生物燃料電池槽１を備えている。そして、被処理水３は、有機物を含んでいる。微生物燃料電池槽１には電極カセット１００が設けられており、電極カセット１００は微生物燃料電池槽１の内部で被処理水３に浸漬するように配置される。微生物燃料電池槽１は、電気生産細菌である嫌気性微生物の作用により、有機物を分解しつつ電気エネルギーを生産する槽である。 [First embodiment]
As shown in FIG. 1, the liquid treatment system A according to this embodiment includes a microbial fuel cell tank 1 for holding treated water 3 as wastewater. Then, the water 3 to be treated contains organic matter. The microbial fuel cell tank 1 is provided with an electrode cassette 100, and the electrode cassette 100 is arranged so as to be immersed in the water 3 to be treated inside the microbial fuel cell tank 1. The microbial fuel cell tank 1 is a tank that produces electric energy while decomposing organic substances by the action of anaerobic microorganisms that are electricity-producing bacteria.

微生物燃料電池槽１は略直方体状の容器であり、微生物燃料電池槽１の前壁１ａの上部には、被処理水３を微生物燃料電池槽１に供給するための流入口４が設けられている。また、微生物燃料電池槽１の後壁１ｂの上部には、処理後の被処理水３を微生物燃料電池槽１から排出するための流出口５が設けられている。そして、被処理水３は、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１の内部に連続的に供給される。微生物燃料電池槽１に供給された被処理水３は、電極カセット１００に接触しながら流れ、その後、流出口５から排出される。 The microbial fuel cell tank 1 is a substantially rectangular parallelepiped-shaped container, and an inlet 4 for supplying the water to be treated 3 to the microbial fuel cell tank 1 is provided above the front wall 1a of the microbial fuel cell tank 1. There is. Further, an outlet 5 for discharging the treated water 3 after treatment from the microbial fuel cell tank 1 is provided above the rear wall 1b of the microbial fuel cell tank 1. Then, the water 3 to be treated is continuously supplied to the inside of the microbial fuel cell tank 1 through the inflow port 4. The water to be treated 3 supplied to the microbial fuel cell tank 1 flows while contacting the electrode cassette 100, and then discharged from the outlet 5.

〔電極カセット〕
電極カセット１００は、被処理水３中の有機物を浄化し、かつ、電気エネルギーを生成することが可能な微生物燃料電池からなる。具体的には、図１〜図３に示すように、電極カセット１００は、正極１０、負極２０及びイオン移動層３０からなる電極接合体４０を備えている。電極カセット１００では、イオン移動層３０の一方の面３０ａに負極２０が接触するように配置されており、イオン移動層３０の面３０ａと反対側の面３０ｂに正極１０が接触するように配置されている。そして、正極１０のガス拡散層１２がイオン移動層３０と接触し、撥水層１１が気相Ｇ側に露出している。 [Electrode cassette]
The electrode cassette 100 is composed of a microbial fuel cell capable of purifying organic substances in the water 3 to be treated and generating electric energy. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the electrode cassette 100 includes an electrode assembly 40 including a positive electrode 10, a negative electrode 20, and an ion transfer layer 30. In the electrode cassette 100, the negative electrode 20 is arranged so as to contact one surface 30a of the ion transfer layer 30, and the positive electrode 10 is arranged so as to contact the surface 30b opposite to the surface 30a of the ion transfer layer 30. ing. Then, the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 is in contact with the ion transfer layer 30, and the water repellent layer 11 is exposed on the gas phase G side.

そして、図３に示すように、電極接合体４０は、スペーサー部材５０に積層されている。スペーサー部材５０は、正極１０における面１０ａの外周部に沿うＵ字状の枠部材であり、上部が開口している。つまり、スペーサー部材５０は、２本の第一柱状部材５１の底面を第二柱状部材５２で連結した枠部材である。そして、図２に示すように、スペーサー部材５０の側面５３は、正極１０の面１０ａの外周部と接合されている。 Then, as shown in FIG. 3, the electrode assembly 40 is laminated on the spacer member 50. The spacer member 50 is a U-shaped frame member that extends along the outer periphery of the surface 10 a of the positive electrode 10, and has an open top. That is, the spacer member 50 is a frame member in which the bottom surfaces of the two first columnar members 51 are connected by the second columnar member 52. Then, as shown in FIG. 2, the side surface 53 of the spacer member 50 is joined to the outer peripheral portion of the surface 10 a of the positive electrode 10.

図２に示すように、二組の電極接合体４０とスペーサー部材５０とを積層してなる電極カセット１００は、大気と連通した気相Ｇが形成されるように、微生物燃料電池槽１の内部に配置される。微生物燃料電池槽１の内部には被処理水３が保持されており、正極１０のガス拡散層１２、負極２０及びイオン移動層３０は被処理水３に浸漬されている。 As shown in FIG. 2, the electrode cassette 100 formed by stacking two sets of the electrode assembly 40 and the spacer member 50 has the inside of the microbial fuel cell tank 1 so that the gas phase G communicating with the atmosphere is formed. Is located in. The water 3 to be treated is held inside the microbial fuel cell tank 1, and the gas diffusion layer 12, the negative electrode 20 and the ion transfer layer 30 of the positive electrode 10 are immersed in the water 3 to be treated.

後述するように、正極１０は撥水性を有する撥水層１１を備えている。そのため、微生物燃料電池槽１の内部に保持された被処理水３とスペーサー部材５０の内部とは隔てられ、電極接合体４０及びスペーサー部材５０により形成された内部空間は気相Ｇとなっている。そして、液体処理システムＡでは、この気相Ｇが外気に開放されるか、あるいはこの気相Ｇへ例えばポンプによって外部から空気が供給されるように構成されている。また、図２に示すように、正極１０及び負極２０は、それぞれ外部回路６０と電気的に接続されている。 As described later, the positive electrode 10 includes a water repellent layer 11 having water repellency. Therefore, the water to be treated 3 held inside the microbial fuel cell tank 1 is separated from the inside of the spacer member 50, and the internal space formed by the electrode assembly 40 and the spacer member 50 is in the vapor phase G. .. In the liquid processing system A, the gas phase G is opened to the outside air, or air is supplied to the gas phase G from the outside by a pump, for example. Further, as shown in FIG. 2, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are electrically connected to the external circuit 60, respectively.

（正極）
本実施形態に係る正極１０は、図２に示すように、撥水層１１と、撥水層１１に接触するように重ねられているガス拡散層１２とを備えるガス拡散電極からなる。このような薄板状のガス拡散電極を用いることにより、気相Ｇ中の酸素を正極１０中の触媒に容易に供給することが可能となる。 (Positive electrode)
As shown in FIG. 2, the positive electrode 10 according to the present embodiment is composed of a gas diffusion electrode including a water repellent layer 11 and a gas diffusion layer 12 that is stacked so as to contact the water repellent layer 11. By using such a thin plate-shaped gas diffusion electrode, it becomes possible to easily supply oxygen in the gas phase G to the catalyst in the positive electrode 10.

＜撥水層＞
正極１０における撥水層１１は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層１１は、電極カセット１００における電気化学系中の気相Ｇと液相とを良好に分離しながら、気相Ｇから液相へ向かう酸素の移動を許容するように構成される。つまり、撥水層１１は、気相Ｇ中の酸素を透過し、ガス拡散層１２へ移動させつつも、被処理水３が気相Ｇ側に移動することを抑制できる。なお、ここでいう「分離」とは、物理的に遮断することをいう。 <Water repellent layer>
The water repellent layer 11 in the positive electrode 10 is a layer having both water repellency and oxygen permeability. The water-repellent layer 11 is configured to allow the movement of oxygen from the gas phase G toward the liquid phase while favorably separating the gas phase G and the liquid phase in the electrochemical system in the electrode cassette 100. That is, the water-repellent layer 11 allows oxygen in the vapor phase G to permeate and move to the gas diffusion layer 12, while suppressing movement of the water to be treated 3 to the vapor phase G side. The term “separation” as used herein means to physically cut off.

撥水層１１は、酸素を含む気相Ｇと接触しており、気相Ｇ中の酸素を拡散している。そして、撥水層１１は、図２に示す構成では、ガス拡散層１２に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層１１は、当該酸素を拡散できるように多孔質体であることが好ましい。なお、撥水層１１は撥水性を有するため、結露等により多孔質体の細孔が閉塞し、酸素の拡散性が低下することを抑制できる。また、撥水層１１の内部に被処理水３が染み込み難いため、撥水層１１における気相Ｇと接触する面からガス拡散層１２と対向する面にかけて、酸素を効率的に流通させることが可能となる。 The water-repellent layer 11 is in contact with the gas phase G containing oxygen and diffuses oxygen in the gas phase G. In the structure shown in FIG. 2, the water repellent layer 11 supplies oxygen to the gas diffusion layer 12 substantially uniformly. Therefore, the water repellent layer 11 is preferably a porous body so that the oxygen can be diffused. Since the water-repellent layer 11 has water repellency, it is possible to prevent the pores of the porous body from being clogged by dew condensation or the like, and reducing the diffusivity of oxygen. Further, since the water 3 to be treated is unlikely to soak into the water repellent layer 11, oxygen can be efficiently circulated from the surface of the water repellent layer 11 that contacts the gas phase G to the surface that faces the gas diffusion layer 12. It will be possible.

撥水層１１は、織布又は不織布によりシート状に形成されていることが好ましい。また、撥水層１１を構成する材料は、撥水性を有し、気相Ｇ中の酸素を拡散できれば特に限定されない。撥水層１１を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチルセルロース、ポリ−４−メチルペンテン−１、ブチルゴム及びポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる群より選ばれる少なくとも一つを使用することができる。これらの材料は多孔質体を形成しやすく、さらに撥水性も高いため、細孔の閉塞を抑制してガス拡散性を向上させることができる。なお、撥水層１１は、撥水層１１及びガス拡散層１２の積層方向Ｘに複数の貫通孔を有することが好ましい。 The water-repellent layer 11 is preferably formed of a woven or non-woven fabric into a sheet shape. The material forming the water-repellent layer 11 is not particularly limited as long as it has water repellency and can diffuse oxygen in the gas phase G. Examples of the material forming the water-repellent layer 11 include polyethylene, polypropylene, polybutadiene, nylon, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethyl cellulose, poly-4-methylpentene-1, butyl rubber and polydimethylsiloxane (PDMS). At least one selected from the group can be used. Since these materials easily form a porous body and have high water repellency, it is possible to suppress clogging of pores and improve gas diffusivity. The water-repellent layer 11 preferably has a plurality of through holes in the stacking direction X of the water-repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12.

撥水層１１は撥水性を高めるために、必要に応じて撥水剤を用いて撥水処理を施してもよい。具体的には、撥水層１１を構成する多孔質体にポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤を付着させ、撥水性を向上させてもよい。 The water-repellent layer 11 may be subjected to water-repellent treatment using a water-repellent agent, if necessary, in order to enhance water repellency. Specifically, water repellency may be improved by attaching a water repellent agent such as polytetrafluoroethylene to the porous body forming the water repellent layer 11.

＜ガス拡散層＞
正極１０におけるガス拡散層１２は、多孔質な導電性材料と、この導電性材料に担持されている触媒とを備えることが好ましい。なお、ガス拡散層１２が、多孔質かつ導電性を有する触媒から構成されてもよい。正極１０にこのようなガス拡散層１２を使用することで、後述する局部電池反応により生成した電子を触媒と外部回路６０との間で導通させることが可能となる。つまり、後述するように、ガス拡散層１２には触媒が担持されており、さらに触媒は酸素還元触媒である。そして、電子が外部回路６０からガス拡散層１２を通じて触媒に移動することにより、触媒によって、酸素、水素イオン及び電子による酸素還元反応を進行させることが可能となる。 <Gas diffusion layer>
The gas diffusion layer 12 in the positive electrode 10 preferably includes a porous conductive material and a catalyst carried by the conductive material. The gas diffusion layer 12 may be composed of a porous catalyst having conductivity. By using such a gas diffusion layer 12 for the positive electrode 10, it becomes possible to conduct electrons generated by a local cell reaction, which will be described later, between the catalyst and the external circuit 60. That is, as will be described later, the gas diffusion layer 12 carries a catalyst, and the catalyst is an oxygen reduction catalyst. Then, the electrons move from the external circuit 60 through the gas diffusion layer 12 to the catalyst, whereby the oxygen reduction reaction by oxygen, hydrogen ions and electrons can be advanced by the catalyst.

正極１０では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層１１及びガス拡散層１２を効率よく透過し、触媒に供給されることが好ましい。そのため、ガス拡散層１２は、撥水層１１と対向する面から反対側の面にかけて、酸素が透過する細孔を多数有する多孔質体であることが好ましい。また、ガス拡散層１２の形状は、三次元のメッシュ状であることが特に好ましい。このようなメッシュ状であることにより、ガス拡散層１２に対し、高い酸素透過性及び導電性を付与することが可能となる。 In the positive electrode 10, it is preferable that oxygen permeates the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12 and is supplied to the catalyst in order to ensure stable performance. Therefore, the gas diffusion layer 12 is preferably a porous body having a large number of pores through which oxygen permeates, from the surface facing the water repellent layer 11 to the surface opposite thereto. Further, it is particularly preferable that the shape of the gas diffusion layer 12 is a three-dimensional mesh shape. Such a mesh shape makes it possible to impart high oxygen permeability and conductivity to the gas diffusion layer 12.

正極１０において、ガス拡散層１２に効率的に酸素を供給するために、撥水層１１は、接着剤を介してガス拡散層１２と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層１２に対して拡散した酸素が直接供給され、酸素還元反応を効率的に行うことができる。接着剤は、撥水層１１とガス拡散層１２との間の接着性を確保する観点から、撥水層１１とガス拡散層１２との間の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。ただ、撥水層１１とガス拡散層１２との間の接着性を高め、長期間に亘り安定的に酸素をガス拡散層１２に供給する観点から、接着剤は撥水層１１とガス拡散層１２との間の全面に設けられていることがより好ましい。 In the positive electrode 10, in order to efficiently supply oxygen to the gas diffusion layer 12, the water repellent layer 11 is preferably bonded to the gas diffusion layer 12 via an adhesive. Thereby, the diffused oxygen is directly supplied to the gas diffusion layer 12, and the oxygen reduction reaction can be efficiently performed. From the viewpoint of ensuring the adhesiveness between the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12, the adhesive is preferably provided on at least part of the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12. However, from the viewpoint of enhancing the adhesiveness between the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12 and stably supplying oxygen to the gas diffusion layer 12 for a long period of time, the adhesive is the water repellent layer 11 and the gas diffusion layer 12. More preferably, it is provided on the entire surface between 12 and 12.

接着剤としては酸素透過性を有するものが好ましく、ポリメチルメタクリレート、メタクリル酸−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム及びシリコーンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む樹脂を用いることができる。 The adhesive preferably has oxygen permeability and contains at least one selected from the group consisting of polymethylmethacrylate, methacrylic acid-styrene copolymer, styrene-butadiene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber and silicone. A resin can be used.

ここで、本実施形態における正極１０のガス拡散層１２について、さらに詳しく説明する。上述のように、ガス拡散層１２は、多孔質な導電性材料と、当該導電性材料に担持されている触媒とを備えるような構成とすることができる。 Here, the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 in this embodiment will be described in more detail. As described above, the gas diffusion layer 12 can be configured to include the porous conductive material and the catalyst carried by the conductive material.

ガス拡散層１２における導電性材料は、例えば炭素系物質、導電性ポリマー、半導体及び金属からなる群より選ばれる一種以上の材料から構成することができる。ここで、炭素系物質とは、炭素を構成成分とする物質をいう。炭素系物質の例としては、例えば、グラファイト、活性炭、カーボンブラック、バルカン（登録商標）ＸＣ−７２Ｒ、アセチレンブラック、ファーネスブラック、デンカブラックなどのカーボンパウダー、グラファイトフェルト、カーボンウール、カーボン織布などのカーボンファイバー、カーボンプレート、カーボンペーパー、カーボンディスク、カーボンクロス、カーボンホイル、炭素粒子を圧縮成形した炭素系材料が挙げられる。また、炭素系物質の例として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノクラスターのような微細構造物質も挙げられる。 The conductive material in the gas diffusion layer 12 can be composed of, for example, one or more materials selected from the group consisting of carbon-based substances, conductive polymers, semiconductors and metals. Here, the carbon-based substance means a substance containing carbon as a constituent component. Examples of carbon-based materials include carbon powders such as graphite, activated carbon, carbon black, Vulcan (registered trademark) XC-72R, acetylene black, furnace black, and denka black, graphite felt, carbon wool, carbon woven cloth, and the like. Examples thereof include carbon fibers, carbon plates, carbon paper, carbon disks, carbon cloth, carbon foil, and carbon-based materials obtained by compression-molding carbon particles. In addition, examples of the carbon-based material also include fine-structured materials such as carbon nanotubes, carbon nanohorns, and carbon nanoclusters.

導電性ポリマーとは、導電性を有する高分子化合物の総称である。導電性ポリマーとしては、例えば、アニリン、アミノフェノール、ジアミノフェノール、ピロール、チオフェン、パラフェニレン、フルオレン、フラン、アセチレン若しくはそれらの誘導体を構成単位とする単一モノマー又は二種以上のモノマーの重合体が挙げられる。具体的には、導電性ポリマーとして、例えば、ポリアニリン、ポリアミノフェノール、ポリジアミノフェノール、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリフルオレン、ポリフラン、ポリアセチレン等が挙げられる。金属製の導電性材料としては、例えば、ステンレスメッシュが挙げられる。入手の容易性、コスト、耐食性、耐久性等を考慮した場合、導電性材料は炭素系物質であることが好ましい。 The conductive polymer is a general term for polymer compounds having conductivity. Examples of the conductive polymer include aniline, aminophenol, diaminophenol, pyrrole, thiophene, paraphenylene, fluorene, furan, acetylene or a single monomer having a derivative thereof as a constituent unit or a polymer of two or more kinds of monomers. Can be mentioned. Specifically, examples of the conductive polymer include polyaniline, polyaminophenol, polydiaminophenol, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, polyfluorene, polyfuran, and polyacetylene. Examples of the conductive material made of metal include a stainless mesh. In consideration of availability, cost, corrosion resistance, durability, etc., the conductive material is preferably a carbon-based substance.

導電性材料の形状は、粉末形状又は繊維形状であることが好ましい。また、導電性材料は、支持体に支持されていてもよい。支持体とは、それ自身が剛性を有し、ガス拡散電極に一定の形状を付与することのできる部材をいう。支持体は絶縁体であっても導電体であってもよい。支持体が絶縁体である場合、支持体としては、例えばガラス、プラスチック、合成ゴム、セラミックス、耐水又は撥水処理した紙、木片などの植物片、骨片、貝殻などの動物片等が挙げられる。多孔質構造の支持体としては、例えば多孔質セラミック、多孔質プラスチック、スポンジ等が挙げられる。支持体が導電体である場合、支持体としては、例えばカーボンペーパー、カーボンファイバー、炭素棒などの炭素系物質、金属、導電性ポリマー等が挙げられる。 The shape of the conductive material is preferably a powder shape or a fiber shape. Moreover, the conductive material may be supported by a support. The support means a member which has rigidity itself and can give a certain shape to the gas diffusion electrode. The support may be an insulator or a conductor. When the support is an insulator, examples of the support include glass, plastic, synthetic rubber, ceramics, water-resistant or water-repellent treated paper, plant pieces such as wood pieces, bone pieces, animal pieces such as shells, and the like. .. Examples of the support having a porous structure include porous ceramics, porous plastics and sponges. When the support is a conductor, examples of the support include carbon papers, carbon fibers, carbon-based substances such as carbon rods, metals, and conductive polymers.

ガス拡散層１２における触媒は、白金系触媒、鉄又はコバルトを用いた炭素系触媒、部分酸化したタンタル炭窒化物（ＴａＣＮＯ）及びジルコニウム炭窒化物（ＺｒＣＮＯ）等の遷移金属酸化物系触媒、タングステン又はモリブデンを用いた炭化物系触媒、活性炭等を用いることができる。 The catalyst in the gas diffusion layer 12 is a platinum catalyst, a carbon catalyst using iron or cobalt, a transition metal oxide catalyst such as partially oxidized tantalum carbonitride (TaCNO) and zirconium carbonitride (ZrCNO), tungsten. Alternatively, a carbide-based catalyst using molybdenum, activated carbon or the like can be used.

ガス拡散層１２における触媒は、金属原子がドープされている炭素系材料であることが好ましい。金属原子としては特に限定されないが、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属の原子であることが好ましい。この場合、炭素系材料が、特に酸素還元反応を促進させるための触媒として優れた性能を発揮する。炭素系材料が含有する金属原子の量は、炭素系材料が優れた触媒性能を有するように適宜設定すればよい。 The catalyst in the gas diffusion layer 12 is preferably a carbon-based material doped with metal atoms. The metal atom is not particularly limited, but titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium. It is preferably an atom of at least one metal selected from the group consisting of platinum and gold. In this case, the carbon-based material exhibits excellent performance, particularly as a catalyst for promoting the oxygen reduction reaction. The amount of metal atoms contained in the carbon-based material may be appropriately set so that the carbon-based material has excellent catalytic performance.

炭素系材料には、更に窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属原子がドープされていることが好ましい。炭素系材料にドープされている非金属原子の量も、炭素系材料が優れた触媒性能を有するように適宜設定すればよい。 It is preferable that the carbon-based material is further doped with at least one non-metal atom selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. The amount of non-metal atoms doped in the carbon-based material may be appropriately set so that the carbon-based material has excellent catalytic performance.

炭素系材料は、例えばグラファイト及び無定形炭素等の炭素源原料をベースとし、この炭素源原料に金属原子と、窒素、ホウ素、硫黄及びリンから選択される一種以上の非金属原子とをドープすることで得られる。 The carbon-based material is based on a carbon source material such as graphite and amorphous carbon, and the carbon source material is doped with a metal atom and one or more non-metal atoms selected from nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. It can be obtained.

炭素系材料にドープされている金属原子と非金属原子との組み合わせは、適宜選択される。特に、非金属原子が窒素を含み、金属原子が鉄を含むことが好ましい。この場合、炭素系材料が特に優れた触媒活性を有することができる。なお、非金属原子が窒素のみであってもよく、金属原子が鉄のみであってもよい。 The combination of metal atoms and non-metal atoms doped in the carbon-based material is appropriately selected. In particular, it is preferable that the non-metal atom contains nitrogen and the metal atom contains iron. In this case, the carbon-based material can have a particularly excellent catalytic activity. The non-metal atom may be only nitrogen, and the metal atom may be only iron.

非金属原子が窒素を含み、金属原子がコバルトとマンガンとのうち少なくとも一方を含んでもよい。この場合も、炭素系材料が特に優れた触媒活性を有することができる。なお、非金属原子が窒素のみであってもよい。また、金属原子がコバルトのみ、マンガンのみ、あるいはコバルト及びマンガンのみであってもよい。 The non-metal atom may include nitrogen and the metal atom may include at least one of cobalt and manganese. Also in this case, the carbon-based material can have a particularly excellent catalytic activity. The non-metal atom may be nitrogen only. Further, the metal atom may be only cobalt, only manganese, or only cobalt and manganese.

炭素系材料の形状は特に制限されない。例えば、炭素系材料は、粒子状の形状を有してもよく、またシート状の形状を有してもよい。シート状の形状を有する炭素系材料の寸法は特に制限されず、例えばこの炭素系材料が微小な寸法であってもよい。シート状の形状を有する炭素系材料は、多孔質であってもよい。シート状の形状を有し、かつ、多孔質な炭素系材料は、例えば織布状、不織布状等の形状を有することが好ましい。このような炭素系材料は、導電性材料が無くても、ガス拡散層１２を構成することができる。 The shape of the carbon-based material is not particularly limited. For example, the carbon-based material may have a particle shape or a sheet shape. The size of the carbon-based material having a sheet shape is not particularly limited, and the carbon-based material may have a minute size, for example. The carbonaceous material having a sheet shape may be porous. The sheet-shaped and porous carbon-based material preferably has, for example, a woven cloth shape, a non-woven cloth shape, or the like. Such a carbon-based material can form the gas diffusion layer 12 without a conductive material.

ガス拡散層１２における触媒として構成される炭素系材料は、次のように調製することができる。まず、例えば窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属を含む非金属化合物と、金属化合物と、炭素源原料とを含有する混合物を準備する。そして、この混合物を、８００℃以上１０００℃以下の温度で、４５秒以上６００秒未満加熱する。これにより、触媒として構成される炭素系材料を得ることができる。 The carbon-based material configured as the catalyst in the gas diffusion layer 12 can be prepared as follows. First, a mixture containing a non-metal compound containing at least one non-metal selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus, a metal compound, and a carbon source material is prepared. Then, this mixture is heated at a temperature of 800° C. or higher and 1000° C. or lower for 45 seconds or more and less than 600 seconds. As a result, it is possible to obtain a carbon-based material configured as a catalyst.

ここで、炭素源原料としては、上述の通り、例えばグラファイト又は無定形炭素を使用することができる。さらに、金属化合物としては、炭素源原料にドープされる非金属原子と配位結合し得る金属原子を含む化合物であれば、特に制限されない。金属化合物は、例えば金属の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、臭化物、ヨウ化物、フッ化物などのような無機金属塩、酢酸塩などの有機金属塩、無機金属塩の水和物、及び有機金属塩の水和物からなる群より選ばれる少なくとも一種を使用することができる。例えばグラファイトに鉄がドープされる場合には、金属化合物は塩化鉄（III）を含有することが好ましい。また、グラファイトにコバルトがドープされる場合には、金属化合物は塩化コバルトを含有することが好ましい。また、炭素源原料にマンガンがドープされる場合には、金属化合物は酢酸マンガンを含有することが好ましい。金属化合物の使用量は、例えば炭素源原料に対する金属化合物中の金属原子の割合が５〜３０質量％の範囲内となるように決定されることが好ましく、更にこの割合が５〜２０質量％の範囲内となるように決定されることがより好ましい。 Here, as the carbon source material, for example, graphite or amorphous carbon can be used as described above. Furthermore, the metal compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a metal atom capable of coordinatively bonding with a non-metal atom doped in the carbon source material. Examples of the metal compound include inorganic metal salts such as metal chlorides, nitrates, sulfates, bromides, iodides, and fluorides, organic metal salts such as acetates, hydrates of inorganic metal salts, and organic metal salts. It is possible to use at least one selected from the group consisting of hydrates of For example, when graphite is doped with iron, the metal compound preferably contains iron(III) chloride. When the graphite is doped with cobalt, the metal compound preferably contains cobalt chloride. When the carbon source material is doped with manganese, the metal compound preferably contains manganese acetate. The amount of the metal compound used is preferably determined, for example, so that the ratio of the metal atom in the metal compound to the carbon source material is in the range of 5 to 30% by mass, and further, this ratio is 5 to 20% by mass. More preferably, it is determined to be within the range.

非金属化合物は、上記の通り、窒素、ホウ素、硫黄及びリンからなる群より選ばれる少なくとも一種の非金属の化合物であることが好ましい。非金属化合物としては、例えば、ペンタエチレンヘキサミン、エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、オクチルボロン酸、１，２−ビス（ジエチルホスフィノエタン）、亜リン酸トリフェニル、ベンジルジサルフィドからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を使用することができる。非金属化合物の使用量は、炭素源原料への非金属原子のドープ量に応じて適宜設定される。非金属化合物の使用量は、金属化合物中の金属原子と、非金属化合物中の非金属原子とのモル比が、１：１〜１：２の範囲内となるように決定されることが好ましく、１：１．５〜１：１．８の範囲内となるように決定されることがより好ましい。 As described above, the non-metal compound is preferably at least one non-metal compound selected from the group consisting of nitrogen, boron, sulfur and phosphorus. Examples of the nonmetal compound include pentaethylenehexamine, ethylenediamine, tetraethylenepentamine, triethylenetetramine, ethylenediamine, octylboronic acid, 1,2-bis(diethylphosphinoethane), triphenylphosphite, and benzyldisal. At least one compound selected from the group consisting of fido can be used. The amount of the non-metal compound used is appropriately set according to the amount of the non-metal atom doped into the carbon source material. The amount of the non-metal compound used is preferably determined such that the molar ratio of the metal atom in the metal compound to the non-metal atom in the non-metal compound is in the range of 1:1 to 1:2. , 1:1.5 to 1:1.8 is more preferably determined.

ガス拡散層１２において、触媒は結着剤を用いて導電性材料に結着していてもよい。つまり、触媒は結着剤を用いて導電性材料の表面及び細孔内部に担持されていてもよい。これにより、触媒が導電性材料から脱離し、酸素還元特性が低下することを抑制できる。結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びエチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。また、結着剤としては、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）を用いることも好ましい。 In the gas diffusion layer 12, the catalyst may be bound to the conductive material using a binder. That is, the catalyst may be supported on the surface of the conductive material and inside the pores by using a binder. This can prevent the catalyst from being desorbed from the conductive material and deteriorating the oxygen reduction property. As the binder, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), and ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM). It is also preferable to use NAFION (registered trademark) as the binder.

（負極）
本実施形態における負極２０は、後述する微生物を担持し、さらに微生物の触媒作用により、被処理水３中の有機物から水素イオン及び電子を生成する機能を有する。そのため、負極２０は、このような機能を生じさせる構成ならば特に限定されない。 (Negative electrode)
The negative electrode 20 in the present embodiment has a function of supporting a microorganism described below, and further having a function of generating a hydrogen ion and an electron from an organic substance in the water to be treated 3 by a catalytic action of the microorganism. Therefore, the negative electrode 20 is not particularly limited as long as it has a configuration that causes such a function.

負極２０は、導電性を有する導電体シートに微生物を担持した構造を有する。導電体シートとしては、多孔質の導電体シート、織布状の導電体シート及び不織布状の導電体シートからなる群より選ばれる少なくとも一つを使用することができる。また、導電体シートは複数のシートを積層した積層体でもよい。負極２０の導電体シートとして、このような複数の細孔を有するシートを用いることにより、後述する局部電池反応で生成した水素イオンがイオン移動層３０の方向へ移動しやすくなり、酸素還元反応の速度を高めることが可能となる。また、イオン透過性を向上させる観点から、負極２０の導電体シートは、正極１０、イオン移動層３０及び負極２０の積層方向Ｘ、つまり厚さ方向に連続した空間（空隙）を有していることが好ましい。 The negative electrode 20 has a structure in which microorganisms are carried on a conductive sheet having conductivity. As the conductor sheet, at least one selected from the group consisting of a porous conductor sheet, a woven cloth-like conductor sheet and a non-woven cloth-like conductor sheet can be used. Further, the conductor sheet may be a laminated body in which a plurality of sheets are laminated. By using such a sheet having a plurality of pores as the conductor sheet of the negative electrode 20, hydrogen ions generated by a local cell reaction described later easily move toward the ion transfer layer 30 and the oxygen reduction reaction It is possible to increase the speed. In addition, from the viewpoint of improving the ion permeability, the conductor sheet of the negative electrode 20 has a continuous space (void) in the stacking direction X of the positive electrode 10, the ion transfer layer 30, and the negative electrode 20, that is, the thickness direction. It is preferable.

当該導電体シートは、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。そのため、負極２０の導電体シートを構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの導電性金属、並びにカーボンペーパー、カーボンフェルトからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。 The conductor sheet may be a metal plate having a plurality of through holes in the thickness direction. Therefore, as the material forming the conductor sheet of the negative electrode 20, for example, at least one selected from the group consisting of aluminum, copper, stainless steel, nickel and titanium, and other conductive metals, and carbon paper and carbon felt is used. be able to.

負極２０の導電体シートとして、正極１０で使用し得る黒鉛シートを用いてもよい。また、負極２０は黒鉛を含有し、さらに黒鉛におけるグラフェン層は、正極１０、イオン移動層３０及び負極２０の積層方向Ｘに垂直な方向ＹＺの面に沿って配列していることが好ましい。グラフェン層がこのように配列していることにより、積層方向Ｘの導電性よりも、積層方向Ｘに垂直な方向ＹＺの導電性が向上する。そのため、負極２０の局部電池反応により生成した電子を外部回路６０へ導通させやすくなり、電池反応の効率をより向上させることが可能となる。 A graphite sheet that can be used for the positive electrode 10 may be used as the conductor sheet of the negative electrode 20. The negative electrode 20 preferably contains graphite, and the graphene layers in the graphite are preferably arranged along the plane of the positive electrode 10, the ion transfer layer 30, and the negative electrode 20 in the direction YZ perpendicular to the stacking direction X. By arranging the graphene layers in this manner, the conductivity in the direction YZ perpendicular to the stacking direction X is improved rather than the conductivity in the stacking direction X. Therefore, the electrons generated by the local battery reaction of the negative electrode 20 are easily conducted to the external circuit 60, and the efficiency of the battery reaction can be further improved.

負極２０に担持される微生物としては、被処理水３中の有機物を分解して、水素イオン及び電子を生成する電流生成菌であれば特に限定されない。このような微生物としては、例えば、増殖に酸素を必要とする好気性微生物、又は増殖に酸素を必要としない嫌気性微生物を使用することができるが、嫌気性微生物を使用することが好ましい。嫌気性微生物は、被処理水３中の有機物を酸化分解するための空気を必要としない。そのため、空気を送り込むために必要な電力を大幅に低減することができる。また、微生物が獲得する自由エネルギーが小さいので、汚泥発生量を減少させることが可能となる。 The microorganism carried on the negative electrode 20 is not particularly limited as long as it is a current-producing bacterium that decomposes organic substances in the water to be treated 3 to generate hydrogen ions and electrons. As such a microorganism, for example, an aerobic microorganism that requires oxygen for growth or an anaerobic microorganism that does not require oxygen for growth can be used, but it is preferable to use an anaerobic microorganism. Anaerobic microorganisms do not require air for oxidatively decomposing organic substances in the water 3 to be treated. Therefore, the electric power required to send the air can be significantly reduced. Moreover, since the free energy acquired by the microorganisms is small, the amount of sludge generated can be reduced.

負極２０に保持される好気性微生物は、例えばEscherichia属細菌である大腸菌、Pseudomonas属細菌である緑濃菌、Bacillus属細菌である枯草菌が挙げられる。また、負極２０に保持される嫌気性微生物は、例えば細胞外電子伝達機構を有する電気生産細菌であることが好ましい。具体的には、嫌気性微生物として、例えばGeobacter属細菌、Shewanella属細菌、Aeromonas属細菌、Geothrix属細菌、Saccharomyces属細菌が挙げられる。 Examples of aerobic microorganisms retained on the negative electrode 20 include Escherichia bacterium, Escherichia coli, Pseudomonas bacterium, Pseudomonas aeruginosa, and Bacillus bacterium, Bacillus subtilis. Further, the anaerobic microorganisms retained on the negative electrode 20 are preferably, for example, electro-producing bacteria having an extracellular electron transfer mechanism. Specifically, examples of the anaerobic microorganisms include Geobacter genus bacteria, Shewanella genus bacteria, Aeromonas genus bacteria, Geothrix genus bacteria, and Saccharomyces genus bacteria.

負極２０に、微生物を含むバイオフィルムが重ねられて固定されることで、負極２０に微生物が保持されていてもよい。なお、バイオフィルムとは、一般に、微生物集団と、微生物集団が生産する菌体外重合体物質（extracellular polymeric substance、EPS）とを含む三次元構造体のことをいう。ただ、微生物は、バイオフィルムによらずに負極２０に保持されていてもよい。また、微生物は、負極２０の表面だけでなく、内部に保持されていてもよい。 The microorganisms may be retained in the negative electrode 20 by stacking and fixing the biofilm containing the microorganisms on the negative electrode 20. In addition, a biofilm generally refers to a three-dimensional structure including a microbial population and an extracellular polymeric substance (EPS) produced by the microbial population. However, the microorganism may be retained on the negative electrode 20 without depending on the biofilm. The microorganisms may be retained not only on the surface of the negative electrode 20 but also inside.

負極２０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、微生物燃料電池槽１内の被処理水３は、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、微生物から負極２０への電子移動を促進し、より効率的な液体処理を実現できる。 The negative electrode 20 may be modified, for example, with an electron transfer mediator molecule. Alternatively, the water 3 to be treated in the microbial fuel cell tank 1 may contain an electron transfer mediator molecule. As a result, electron transfer from the microorganisms to the negative electrode 20 is promoted, and more efficient liquid treatment can be realized.

具体的には、微生物による代謝機構では、細胞内又は最終電子受容体との間で電子の授受が行われる。被処理水３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、受け取った電子を負極２０へと受け渡す。この結果、被処理水３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。このような電子伝達メディエーター分子は、特に限定されない。電子伝達メディエーター分子としては、例えばニュートラルレッド、アントラキノン−２，６−ジスルホン酸（ＡＱＤＳ）、チオニン、フェリシアン化カリウム、及びメチルビオローゲンからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。 Specifically, in the metabolic mechanism of microorganisms, electrons are exchanged intracellularly or with the final electron acceptor. When a mediator molecule is introduced into the water to be treated 3, the mediator molecule acts as the final electron acceptor for metabolism, and the received electron is transferred to the negative electrode 20. As a result, it becomes possible to increase the rate of oxidative decomposition of organic substances in the water 3 to be treated. Such an electron transfer mediator molecule is not particularly limited. As the electron transfer mediator molecule, for example, at least one selected from the group consisting of neutral red, anthraquinone-2,6-disulfonic acid (AQDS), thionine, potassium ferricyanide, and methyl viologen can be used.

（イオン移動層）
本実施形態の電極カセット１００は、正極１０と負極２０との間に設けられ、プロトン透過性及び電気絶縁性を有するイオン移動層３０をさらに備える。そして、図１及び図２に示すように、負極２０は、イオン移動層３０を介して正極１０と隔てられている。イオン移動層３０は、負極２０で生成した水素イオンを透過し、正極１０側へ移動させる機能を有している。 (Ion transfer layer)
The electrode cassette 100 of the present embodiment further includes an ion transfer layer 30 provided between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 and having proton permeability and electrical insulation. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode 20 is separated from the positive electrode 10 via the ion transfer layer 30. The ion transfer layer 30 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the negative electrode 20 and moving them to the positive electrode 10 side.

イオン移動層３０としては、例えばイオン交換樹脂を用いたイオン交換膜を使用することができる。イオン交換樹脂としては、例えばデュポン株式会社製のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）、並びに旭硝子株式会社製のフレミオン（登録商標）及びセレミオン（登録商標）を用いることができる。 As the ion transfer layer 30, for example, an ion exchange membrane using an ion exchange resin can be used. As the ion exchange resin, for example, NAFION (registered trademark) manufactured by DuPont Co., Ltd., and Flemion (registered trademark) and Selemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.

また、イオン移動層３０として、水素イオンが透過することが可能な細孔を有する多孔質膜を使用してもよい。つまり、イオン移動層３０は、負極２０から正極１０へ水素イオンが移動するための空間（空隙）を有するシートであってもよい。そのため、イオン移動層３０は、多孔質のシート、織布状のシート及び不織布状のシートからなる群より選ばれる少なくとも一つを備えることが好ましい。また、イオン移動層３０は、ガラス繊維膜、合成繊維膜、及びプラスチック不織布からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができ、これらを複数積層してなる積層体でもよい。このような多孔質のシートは、内部に多数の細孔を有しているため、水素イオンが容易に移動することが可能となる。なお、イオン移動層３０の細孔径は、負極２０から正極１０に水素イオンが移動できれば特に限定されない。 Further, as the ion transfer layer 30, a porous film having pores through which hydrogen ions can permeate may be used. That is, the ion transfer layer 30 may be a sheet having a space (void) for hydrogen ions to move from the negative electrode 20 to the positive electrode 10. Therefore, the ion transfer layer 30 preferably includes at least one selected from the group consisting of a porous sheet, a woven sheet and a non-woven sheet. Further, the ion transfer layer 30 can use at least one selected from the group consisting of a glass fiber membrane, a synthetic fiber membrane, and a plastic non-woven fabric, and may be a laminated body formed by laminating a plurality of these. Since such a porous sheet has many pores inside, hydrogen ions can easily move. The pore size of the ion transfer layer 30 is not particularly limited as long as hydrogen ions can move from the negative electrode 20 to the positive electrode 10.

上述のように、イオン移動層３０は、負極２０で生成した水素イオンを透過し、正極１０側へ移動させる機能を有する。ただ、例えば、負極２０と正極１０とが接触しない状態で近接していれば、水素イオンが負極２０から正極１０へ移動することができる。そのため、液体処理システムＡにおいて、イオン移動層３０は必須の構成要素ではない。しかし、イオン移動層３０を設けることにより、負極２０から正極１０へ水素イオンを効率的に移動させることが可能となるため、出力向上の観点からイオン移動層３０を設けることが好ましい。なお、正極１０とイオン移動層３０との間に間隔が設けられていてもよく、負極２０とイオン移動層３０との間も間隔が設けられていてもよい。 As described above, the ion transfer layer 30 has a function of transmitting hydrogen ions generated in the negative electrode 20 and moving the hydrogen ions to the positive electrode 10 side. However, for example, if the negative electrode 20 and the positive electrode 10 are close to each other without coming into contact with each other, hydrogen ions can move from the negative electrode 20 to the positive electrode 10. Therefore, in the liquid processing system A, the ion transfer layer 30 is not an essential component. However, by providing the ion transfer layer 30, it becomes possible to efficiently transfer hydrogen ions from the negative electrode 20 to the positive electrode 10. Therefore, it is preferable to provide the ion transfer layer 30 from the viewpoint of improving the output. A space may be provided between the positive electrode 10 and the ion transfer layer 30, and a space may be provided between the negative electrode 20 and the ion transfer layer 30.

電極カセット１００において、スペーサー部材５０は、上部の全体が開口しているが、内部に空気（酸素）を導入することが可能ならば部分的に開口していてもよく、また閉口していてもよい。 In the electrode cassette 100, the entire upper portion of the spacer member 50 is open, but it may be partially open or closed if it is possible to introduce air (oxygen) into the interior. Good.

〔外部回路〕
図１及び図２に示すように、正極１０及び負極２０には、外部回路６０が電気的に接続されている。後述するように、負極２０に担持された微生物の触媒作用により、被処理水３中の有機物が分解されて電子が生成する。負極２０で生成した電子は外部回路６０へ移動し、さらに外部回路６０から正極１０に移動する。このとき、外部回路６０によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収することができる。また、外部回路６０は、正極１０と負極２０の間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定し、その測定結果を制御部１２０に送信する機能を有する。 [External circuit]
As shown in FIGS. 1 and 2, an external circuit 60 is electrically connected to the positive electrode 10 and the negative electrode 20. As will be described later, due to the catalytic action of the microorganisms carried on the negative electrode 20, the organic substances in the water 3 to be treated are decomposed to generate electrons. The electrons generated in the negative electrode 20 move to the external circuit 60, and further move from the external circuit 60 to the positive electrode 10. At this time, the external circuit 60 can recover the electric energy flowing in the closed circuit. Further, the external circuit 60 has a function of measuring at least one of a current value and a voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and transmitting the measurement result to the control unit 120.

〔流量調整部〕
図１及び図２に示すように、液体処理システムＡは、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられる流量調整部１１０を備える。流量調整部１１０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を調整する。流量調整部１１０は、制御部１２０に電気的に接続されており、制御部１２０からの指令に基づき、被処理水３の流量を増加又は減少させる制御を行う。流量調整部１１０の構成は特に限定されないが、例えば電動弁又は電磁弁を用いることができる。 [Flow rate adjustment part]
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid treatment system A includes a flow rate adjusting unit 110 provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1. The flow rate adjusting unit 110 adjusts the flow rate of the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1. The flow rate adjustment unit 110 is electrically connected to the control unit 120, and performs control to increase or decrease the flow rate of the water to be treated 3 based on a command from the control unit 120. The configuration of the flow rate adjusting unit 110 is not particularly limited, but, for example, an electric valve or a solenoid valve can be used.

〔制御部〕
液体処理システムＡは、流量調整部１１０を制御する制御部１２０を備えている。図１及び図２に示すように、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられた流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０の作動状態を制御する。また、制御部１２０は、外部回路６０と電気的に接続されており、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値を受信する。なお、制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びハードディスクからなる群より選ばれる少なくとも一つを備える。 [Control part]
The liquid processing system A includes a control unit 120 that controls the flow rate adjustment unit 110. As shown in FIGS. 1 and 2, the control unit 120 is electrically connected to the flow rate adjusting unit 110 provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1 and controls the operating state of the flow rate adjusting unit 110. To do. Further, the control unit 120 is electrically connected to the external circuit 60 and receives the current value and/or the voltage value measured by the external circuit 60. The control unit 120 includes at least one selected from the group consisting of CPU, RAM, ROM, and hard disk.

次に、本実施形態の液体処理システムＡの動作について説明する。まず、有機物を含有する被処理水３を微生物燃料電池槽１に送入する。そして、図１及び図２に示すように、正極１０及び負極２０を備える電極カセット１００を被処理水３に浸漬させる。この場合、正極１０のガス拡散層１２及び負極２０が被処理水３に浸漬し、撥水層１１の少なくとも一部が気相Ｇに露出する。 Next, the operation of the liquid processing system A of this embodiment will be described. First, the water to be treated 3 containing an organic substance is fed into the microbial fuel cell tank 1. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the electrode cassette 100 including the positive electrode 10 and the negative electrode 20 is immersed in the water 3 to be treated. In this case, the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are immersed in the water 3 to be treated, and at least a part of the water repellent layer 11 is exposed to the gas phase G.

液体処理システムＡの稼働時には、微生物燃料電池槽１の流入口４を通じて、負極２０に被処理水３を連続的に供給し、正極１０に空気を供給する。この際、空気は、スペーサー部材５０の上部に設けられた開口部を通じて連続的に供給される。 During operation of the liquid treatment system A, the water to be treated 3 is continuously supplied to the negative electrode 20 and the air is supplied to the positive electrode 10 through the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1. At this time, the air is continuously supplied through the opening provided in the upper portion of the spacer member 50.

そして、正極１０では、撥水層１１を透過してガス拡散層１２に酸素が拡散する。負極２０では、微生物の触媒作用により、被処理水３中の有機物から水素イオン及び電子を生成する。負極２０で生成した水素イオンは、正極１０側へ移動し、正極１０中のガス拡散層１２に到達する。図２に示すように、電極カセット１００がイオン移動層３０を有する場合には、負極２０で生成した水素イオンは、イオン移動層３０を透過して正極１０側へ移動し、正極１０中のガス拡散層１２に到達する。また、生成した電子は負極２０の導電体シートを通じて外部回路６０へ移動し、さらに外部回路６０から正極１０のガス拡散層１２に移動する。そして、水素イオン及び電子は、ガス拡散層１２中の触媒の作用により酸素と結合し、水となって消費される。このとき、外部回路６０によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収する。このように、電極カセット１００は、負極２０における微生物の作用により、被処理水３中の有機物を分解することができる。 Then, in the positive electrode 10, oxygen permeates the water repellent layer 11 and diffuses into the gas diffusion layer 12. In the negative electrode 20, hydrogen ions and electrons are generated from organic substances in the water 3 to be treated by the catalytic action of microorganisms. The hydrogen ions generated in the negative electrode 20 move to the positive electrode 10 side and reach the gas diffusion layer 12 in the positive electrode 10. As shown in FIG. 2, when the electrode cassette 100 has the ion transfer layer 30, the hydrogen ions generated in the negative electrode 20 pass through the ion transfer layer 30 and move to the positive electrode 10 side, and the gas in the positive electrode 10 moves. It reaches the diffusion layer 12. Further, the generated electrons move to the external circuit 60 through the conductor sheet of the negative electrode 20, and further move from the external circuit 60 to the gas diffusion layer 12 of the positive electrode 10. Then, the hydrogen ions and the electrons are combined with oxygen by the action of the catalyst in the gas diffusion layer 12 and consumed as water. At this time, the external circuit 60 recovers the electric energy flowing in the closed circuit. In this way, the electrode cassette 100 can decompose the organic matter in the water 3 to be treated by the action of the microorganisms on the negative electrode 20.

微生物燃料電池槽１で処理された被処理水３は、有機物の濃度が大きく減少し、微生物燃料電池槽１の流出口５から外部に排出される。 The water to be treated 3 treated in the microbial fuel cell tank 1 has a significantly reduced concentration of organic substances, and is discharged to the outside from the outflow port 5 of the microbial fuel cell tank 1.

ここで、液体処理システムＡにおいて、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。つまり、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が高まった場合、負極２０で分解される有機物量が増加するため、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値も増加する。そのため、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値が通常よりも増加した場合、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物濃度が高まったと判断し、被処理水３の流量を減少させる制御を行う。微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量が減少した場合、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、嫌気性微生物により有機物を効率的に酸化分解することができる。逆に、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値が通常よりも減少した場合、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物濃度が低下したと判断し、被処理水３の流量を増加する。これにより、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。 Here, in the liquid treatment system A, the control unit 120 adjusts the flow rate of the water to be treated 3 by the flow rate adjustment unit 110 according to either the current value or the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. Take control. That is, when the concentration of organic substances in the water to be treated 3 fed into the microbial fuel cell tank 1 through the inlet 4 increases, the amount of organic substances decomposed in the negative electrode 20 increases, so that the current measured by the external circuit 60 increases. The value and/or the voltage value also increases. Therefore, when the current value and/or the voltage value measured by the external circuit 60 is higher than usual, the control unit 120 determines that the organic matter concentration in the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is increased. , And controls to reduce the flow rate of the water 3 to be treated. When the flow rate of the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 decreases, the treated water 3 stays in the microbial fuel cell tank 1 for a longer time. The longer residence time increases the contact between the organic matter in the water to be treated 3 and the anaerobic microorganisms, so that the organic matter can be efficiently oxidatively decomposed by the anaerobic microorganisms. On the contrary, when the current value and/or the voltage value measured by the external circuit 60 is lower than usual, the control unit 120 determines that the organic substance concentration in the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 has decreased. Judgment is made and the flow rate of the treated water 3 is increased. This makes it possible to increase the amount of water 3 to be treated by the liquid treatment system A.

具体的には、制御部１２０は、外部回路６０と電気的に接続されており、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。なお、電流値及び電圧値に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。 Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the external circuit 60, and receives the current value and/or the voltage value measured by the external circuit 60. The control unit 120 includes a storage unit, and the storage unit stores the normal operation range corresponding to the current value and/or the voltage value measured by the external circuit 60. The normal operation range is a range in which the flow rate adjusting unit 110 allows the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and in the normal operation, a predetermined amount of the treated water 3 flows into the microbial fuel cell tank 1. The upper limit value and the lower limit value of the normal operation range corresponding to the current value and the voltage value can be appropriately set according to the treatment capacity of the organic material by the electrode cassette 100.

そして、このような液体処理システムＡが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。外部回路６０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び／又は電圧値を、連続的又は断続的に測定する。外部回路６０は、測定した電流値及び／又は電圧値を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図４に示すように、測定した電流値及び／又は電圧値と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。電流値及び電圧値が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。 Then, when such a liquid treatment system A operates, the flow rate adjusting unit 110 causes the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and a predetermined amount of the treated water 3 flows into the microbial fuel cell tank 1. The external circuit 60 continuously or intermittently measures a current value and/or a voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. The external circuit 60 transmits the measured current value and/or voltage value to the control unit 120. As shown in FIG. 4, the control unit 120 that receives the measurement result compares the measured current value and/or voltage value with the normal operation range stored in the storage unit, and the current value and/or voltage value is normal. It is determined whether it is within the operating range (step S1). When the current value and the voltage value are within the normal operation range, the flow rate adjusting unit 110 continues to flow the predetermined amount of water to be treated 3 into the microbial fuel cell tank 1.

外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、電流値及び電圧値と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。 When the current value and/or voltage value measured by the external circuit 60 is outside the normal operation range, the control unit 120 compares the current value and the voltage value with the upper limit value and the lower limit value of the normal operation range (step). S2).

外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。 When the current value and/or voltage value measured by the external circuit 60 exceeds the upper limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the concentration of the organic substance is higher than usual. And the control part 120 performs control which reduces the to-be-processed water 3 which flows into the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S3). Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the flow rate adjusting unit 110, and sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to reduce the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. .. As a result, the amount of water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is smaller than that during normal operation, so that the water to be treated 3 stays in the microbial fuel cell tank 1 for a longer time. Since the residence time becomes long, the contact between the organic matter in the water to be treated 3 and the anaerobic microorganisms is enhanced, so that the decomposition amount of the organic matter can be increased.

逆に、ステップＳ２において、外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。 On the contrary, in step S2, when the current value and/or voltage value measured by the external circuit 60 is lower than the lower limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the concentration of the organic matter is lower than usual. And the control part 120 performs control which increases the to-be-processed water 3 which flows into the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S4). Specifically, the control unit 120 sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to increase the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. When the concentration of organic substances in the water to be treated 3 is lower than usual, even if the amount of the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is increased, sufficiently purified water is discharged to the outside. Since the amount of water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is larger than that during normal operation, the amount of treated water 3 to be treated by the liquid treatment system A can be increased.

上述のように、液体処理システムＡでは、外部回路６０で測定した電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整している。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、正極１０における電位値（カソード電位値）及び／又は負極２０における電位値（アノード電位値）に基づき、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整してもよい。 As described above, in the liquid treatment system A, the flow rate adjusting unit 110 adjusts the flow rate of the water to be treated 3 according to at least one of the current value and the voltage value measured by the external circuit 60. However, the present embodiment is not limited to such an aspect, and based on the potential value (cathode potential value) of the positive electrode 10 and/or the potential value (anode potential value) of the negative electrode 20, the water to be treated 3 is treated by the flow rate adjusting unit 110. May be adjusted.

微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が高まった場合、負極２０で分解される有機物量が増加することから、負極２０におけるアノード電位が負にシフトする。アノード電位が負にシフトした場合、負極２０と電気的に接続された正極１０におけるカソード電位は正にシフトする。逆に、微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が低下した場合、負極２０で分解される有機物量が減少することから、負極２０におけるアノード電位は正にシフトする。アノード電位が正にシフトした場合、正極１０におけるカソード電位は負にシフトする。そのため、正極１０におけるカソード電位及び／又は負極２０におけるアノード電位に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行ってもよい。正極１０におけるカソード電位及び負極２０におけるアノード電位は、電位計を用いて測定することができる。電位計は銀−塩化銀電極のような参照電極を備えており、参照電極を被処理水３に浸漬させ、正極１０及び負極２０を作用電極とすることで、正極１０及び負極２０の電位を測定することができる。 When the concentration of organic substances in the water to be treated 3 fed into the microbial fuel cell tank 1 is increased, the amount of organic substances decomposed in the negative electrode 20 is increased, so that the anode potential of the negative electrode 20 is negatively shifted. When the anode potential is negatively shifted, the cathode potential of the positive electrode 10 electrically connected to the negative electrode 20 is positively shifted. On the contrary, when the concentration of organic substances in the water to be treated 3 fed into the microbial fuel cell tank 1 decreases, the amount of organic substances decomposed in the negative electrode 20 decreases, so the anode potential at the negative electrode 20 shifts to the positive. .. When the anode potential shifts to the positive, the cathode potential at the positive electrode 10 shifts to the negative. Therefore, the flow rate adjusting unit 110 may control the flow rate of the water to be treated 3 according to the cathode potential of the positive electrode 10 and/or the anode potential of the negative electrode 20. The cathode potential on the positive electrode 10 and the anode potential on the negative electrode 20 can be measured using an electrometer. The electrometer is equipped with a reference electrode such as a silver-silver chloride electrode. By immersing the reference electrode in the water 3 to be treated and using the positive electrode 10 and the negative electrode 20 as working electrodes, the potentials of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are changed. Can be measured.

具体的には、制御部１２０は、電位計と電気的に接続されており、電位計により測定したカソード電位値を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、電位計により測定したカソード電位値に対応した通常運転範囲が記憶されている。なお、カソード電位値に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。 Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the electrometer and receives the cathode potential value measured by the electrometer. The control unit 120 includes a storage unit, and the storage unit stores a normal operation range corresponding to the cathode potential value measured by the electrometer. The upper limit value and the lower limit value of the normal operation range corresponding to the cathode potential value can be appropriately set according to the treatment capacity of the organic material by the electrode cassette 100.

そして、このような液体処理システムＡが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。電位計はカソード電位値を連続的又は断続的に測定し、測定したカソード電位値を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図４に示すように、測定したカソード電位値と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、カソード電位値が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。カソード電位値が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。 Then, when such a liquid treatment system A operates, the flow rate adjusting unit 110 causes the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and a predetermined amount of the treated water 3 flows into the microbial fuel cell tank 1. The electrometer measures the cathode potential value continuously or intermittently, and transmits the measured cathode potential value to the control unit 120. Upon receiving the measurement result, the control unit 120 compares the measured cathode potential value with the normal operating range stored in the storage unit as shown in FIG. 4, and determines whether the cathode potential value is within the normal operating range. Is determined (step S1). When the cathode potential value is within the normal operating range, the flow rate adjusting unit 110 continues to flow a predetermined amount of water to be treated 3 into the microbial fuel cell tank 1.

電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、カソード電位値と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。 When the cathode potential value measured by the electrometer is outside the normal operating range, the control unit 120 compares the cathode potential value with the upper limit value and the lower limit value of the normal operating range (step S2).

電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。逆に、電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。 When the cathode potential value measured by the electrometer exceeds the upper limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the concentration of the organic matter is higher than usual, and the treated material flowing into the microbial fuel cell tank 1 is treated. Control is performed to reduce the amount of water 3 compared to that during normal operation (step S3). On the contrary, when the cathode potential value measured by the electrometer is lower than the lower limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the concentration of the organic matter is lower than usual, and the control unit 120 flows into the microbial fuel cell tank 1. Control is performed to increase the amount of the treated water 3 as compared with that during normal operation (step S4).

このように、本実施形態の液体処理システムＡは、負極２０と、負極２０と電気的に接続された正極１０とを備え、被処理水３が流入する流入口４及び被処理水３が流出する流出口５が設けられた微生物燃料電池槽１を備える。負極２０は、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水３に接触する。液体処理システムＡは、さらに、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、被処理水３の流量を調整する流量調整部１１０と、流量調整部１１０を制御する制御部１２０とを備える。制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つに応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。これにより、被処理水３中の有機物濃度が上昇して、液体処理システムＡで除去すべき有機物が増加した場合でも、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を適切に調整することで、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。 As described above, the liquid treatment system A of the present embodiment includes the negative electrode 20 and the positive electrode 10 electrically connected to the negative electrode 20, and the inflow port 4 into which the treated water 3 flows and the treated water 3 flow out. The microbial fuel cell tank 1 is provided with an outflow port 5. The negative electrode 20 holds anaerobic microorganisms and contacts the water 3 to be treated containing an organic substance. The liquid treatment system A further includes a flow rate adjustment unit 110 that is provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1 and that adjusts the flow rate of the water to be treated 3, and a control unit 120 that controls the flow rate adjustment unit 110. The control unit 120 causes the flow rate adjusting unit 110 to treat the treated water 3 according to one of a current value and a voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and a potential value of the positive electrode 10 and a potential value of the negative electrode 20. Control to adjust the flow rate of. As a result, even if the organic substance concentration in the water to be treated 3 increases and the amount of organic substances to be removed in the liquid treatment system A increases, the flow rate of the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is appropriately adjusted. As a result, it becomes possible to maintain the treated water quality of the discharged water at a high level.

制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。これにより、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量が増え、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。 The control unit 120 controls the flow rate adjusting unit when any one of the current value and the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and the potential value of the positive electrode 10 and the potential value of the negative electrode 20 exceeds the normal operation range. By 110, control is performed to reduce the flow rate of the water 3 to be treated. As a result, the amount of water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is reduced as compared with that during normal operation, so that the water to be treated 3 stays in the microbial fuel cell tank 1 for a longer period of time. By increasing the residence time, the contact between the organic matter in the water to be treated 3 and the anaerobic microorganisms is increased, so that the decomposition amount of the organic matter is increased and the treated water quality of the discharged water can be maintained high. ..

制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。これにより、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高め、被処理水３を効率的に浄化することが可能となる。 The control unit 120 controls the flow rate adjusting unit 110 when any one of the current value and the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and the potential value of the positive electrode 10 and the potential value of the negative electrode 20 falls below the normal operation range. Control is performed to increase the flow rate of the water to be treated 3. As a result, the amount of the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 increases more than that during the normal operation, so that the treated amount of the treated water 3 by the liquid treatment system A is increased and the treated water 3 is efficiently purified. It becomes possible to do.

なお、本実施形態の液体処理システムＡは、上述のように、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整している。そのため、微生物燃料電池槽１の上流側に、被処理水３を一時的に貯留するための予備タンクを設けてもよい。このような予備タンクを設けることにより、予備タンクがバッファーとして作用し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を適切に増加又は減少させることが可能となる。 The liquid treatment system A of the present embodiment adjusts the flow rate of the water 3 to be treated by the flow rate adjusting unit 110 as described above. Therefore, a reserve tank for temporarily storing the water to be treated 3 may be provided on the upstream side of the microbial fuel cell tank 1. By providing such a preliminary tank, the preliminary tank acts as a buffer, and it becomes possible to appropriately increase or decrease the flow rate of the treated water 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1.

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る液体処理システムについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Second embodiment]
Next, a liquid treatment system according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

本実施形態の液体処理システムＢは、図５に示すように、第一実施形態と同様に、被処理水３を保持する微生物燃料電池槽１を備えている。微生物燃料電池槽１には電極カセット１００が設けられており、電極カセット１００は微生物燃料電池槽１の内部で被処理水３に浸漬するように配置される。液体処理システムＢは、さらに、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、制御部１２０からの指令に基づき、被処理水３の流量を増加又は減少させる流量調整部１１０を備える。液体処理システムＢは、さらに、正極１０及び負極２０と電気的に接続された外部回路６０を備えている。 As shown in FIG. 5, the liquid treatment system B of the present embodiment includes a microbial fuel cell tank 1 that holds the water 3 to be treated, as in the first embodiment. The microbial fuel cell tank 1 is provided with an electrode cassette 100, and the electrode cassette 100 is arranged so as to be immersed in the water 3 to be treated inside the microbial fuel cell tank 1. The liquid treatment system B further includes a flow rate adjusting unit 110 that is provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1 and that increases or decreases the flow rate of the water to be treated 3 based on a command from the control unit 120. The liquid processing system B further includes an external circuit 60 electrically connected to the positive electrode 10 and the negative electrode 20.

本実施形態の液体処理システムＢも、第一実施形態と同様に、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び／又は電圧値に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。また、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。また、第一実施形態と同様に、制御部１２０は、カソード電位値に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、制御部１２０は、カソード電位値が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。また、制御部１２０は、カソード電位値が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。 In the liquid processing system B of the present embodiment as well, as in the first embodiment, the control unit 120 causes the flow rate adjusting unit 110 to perform the process according to the current value and/or the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. The control for adjusting the flow rate of the water 3 is performed. Specifically, when one of the current value and the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 exceeds the normal operation range, the control unit 120 causes the flow rate adjusting unit 110 to flow the treated water 3. Control to reduce. The control unit 120 controls the flow rate adjusting unit 110 to increase the flow rate of the water to be treated 3 when either the current value or the voltage value between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 falls below the normal operating range. To do. Further, similarly to the first embodiment, the control unit 120 controls the flow rate adjusting unit 110 to adjust the flow rate of the water to be treated 3 according to the cathode potential value. Specifically, when the cathode potential value exceeds the normal operating range, the control unit 120 controls the flow rate adjusting unit 110 to reduce the flow rate of the water 3 to be treated. In addition, the control unit 120 controls the flow rate adjusting unit 110 to increase the flow rate of the water to be treated 3 when the cathode potential value falls below the normal operating range.

本実施形態の液体処理システムＢは、第一実施形態の液体処理システムＡに対して、微生物燃料電池槽１の上流側に設けられた第一の有機物濃度測定部１３０と、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられた第二の有機物濃度測定部１４０とをさらに備えている。 The liquid treatment system B of the present embodiment is different from the liquid treatment system A of the first embodiment in that the first organic matter concentration measuring unit 130 provided upstream of the microbial fuel cell tank 1 and the microbial fuel cell tank 1 are provided. And a second organic substance concentration measuring unit 140 provided on the downstream side of the.

具体的には、第一の有機物濃度測定部１３０は、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けることができる。第一の有機物濃度測定部１３０は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を測定する。また、第二の有機物濃度測定部１４０は、微生物燃料電池槽１の流出口５に設けることができる。第二の有機物濃度測定部１４０は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物の濃度を測定する。第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０の構成は、被処理水３中の有機物の濃度が測定できるならば特に限定されないが、例えばＵＶ式有機物計を用いることができる。ＵＶ式有機物計は、紫外線吸光度により、被処理水３中の有機物の濃度を測定する機器である。第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０は、制御部１２０と電気的に接続されており、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する機能を有する。 Specifically, the first organic matter concentration measuring unit 130 can be provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1. The first organic substance concentration measuring unit 130 measures the concentration of organic substances in the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 continuously or intermittently. Further, the second organic matter concentration measuring unit 140 can be provided at the outflow port 5 of the microbial fuel cell tank 1. The second organic matter concentration measuring unit 140 continuously or intermittently measures the concentration of organic matter in the water to be treated 3 discharged from the microbial fuel cell tank 1. The configurations of the first organic substance concentration measuring unit 130 and the second organic substance concentration measuring unit 140 are not particularly limited as long as the concentration of organic substances in the water to be treated 3 can be measured, but for example, a UV type organic substance meter can be used. .. The UV type organic substance meter is a device for measuring the concentration of organic substances in the water to be treated 3 by means of ultraviolet absorbance. The first organic substance concentration measuring unit 130 and the second organic substance concentration measuring unit 140 are electrically connected to the control unit 120 and have a function of transmitting the measured organic substance concentration to the control unit 120.

ここで、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１に送入される被処理水３中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、処理すべき有機物が増えることから、微生物燃料電池槽１の処理能力を高める必要がある。そのため、本実施形態の液体処理システムＢは、第一の有機物濃度測定部１３０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。 Here, when the concentration of organic matter in the water to be treated 3 fed into the microbial fuel cell tank 1 through the inlet 4 is higher than usual, the amount of organic matter to be treated increases, so the treatment capacity of the microbial fuel cell tank 1 is increased. Need to increase. Therefore, the liquid treatment system B of the present embodiment controls the flow rate adjusting unit 110 to adjust the flow rate of the water to be treated 3 according to the concentration of the organic matter measured by the first organic matter concentration measuring unit 130.

具体的には、制御部１２０は、第一の有機物濃度測定部１３０と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。なお、有機物濃度に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。 Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the first organic substance concentration measuring unit 130 and receives the organic substance concentration measured by the first organic substance concentration measuring unit 130. The control unit 120 includes a storage unit, and the storage unit stores a normal operation range corresponding to the organic substance concentration measured by the first organic substance concentration measuring unit 130. The normal operation range is a range in which the flow rate adjusting unit 110 allows the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and in the normal operation, a predetermined amount of the treated water 3 flows into the microbial fuel cell tank 1. The upper limit value and the lower limit value of the normal operation range corresponding to the organic matter concentration can be appropriately set according to the treatment capacity of the organic matter by the electrode cassette 100.

そして、このような液体処理システムＢが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。第一の有機物濃度測定部１３０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第一の有機物濃度測定部１３０は、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図６に示すように、測定した有機物濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。有機物濃度が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。 Then, when such a liquid treatment system B is operated, the flow rate adjusting unit 110 causes the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and a predetermined amount of the treated water 3 flows into the microbial fuel cell tank 1. The first organic substance concentration measuring unit 130 continuously or intermittently measures the concentration of organic substances in the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1. The first organic substance concentration measuring unit 130 transmits the measured organic substance concentration to the control unit 120. Upon receiving the measurement result, the control unit 120 compares the measured organic matter concentration with the normal operation range stored in the storage unit as shown in FIG. 6, and determines whether the organic matter concentration is within the normal operation range. Yes (step S1). When the organic matter concentration is within the normal operating range, the flow rate adjusting unit 110 continues to flow a predetermined amount of water to be treated 3 into the microbial fuel cell tank 1.

第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、有機物濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。 When the organic substance concentration measured by the first organic substance concentration measuring unit 130 is outside the normal operating range, the control unit 120 compares the organic substance concentration with the upper limit value and the lower limit value of the normal operating range (step S2).

第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。 When the organic matter concentration measured by the first organic matter concentration measuring unit 130 exceeds the upper limit of the normal operation range, the control unit 120 determines that the organic matter concentration is higher than usual. And the control part 120 performs control which reduces the to-be-processed water 3 which flows into the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S3). Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the flow rate adjusting unit 110, and sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to reduce the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. .. As a result, the amount of water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is smaller than that during normal operation, so that the water to be treated 3 stays in the microbial fuel cell tank 1 for a longer time. Since the residence time becomes long, the contact between the organic matter in the water to be treated 3 and the anaerobic microorganisms is enhanced, so that the decomposition amount of the organic matter can be increased.

逆に、ステップＳ２において、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＢによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。 On the contrary, in step S2, when the organic substance concentration measured by the first organic substance concentration measuring unit 130 is lower than the lower limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the organic substance concentration is lower than usual. And the control part 120 performs control which increases the to-be-processed water 3 which flows into the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S4). Specifically, the control unit 120 sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to increase the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. When the concentration of organic substances in the water to be treated 3 is lower than usual, even if the amount of the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is increased, sufficiently purified water is discharged to the outside. Then, since the amount of water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1 is larger than that during the normal operation, it is possible to increase the treatment amount of the water to be treated 3 by the liquid treatment system B.

ここで、流出口５を通じて微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、有機物の分解が不十分であることから、微生物燃料電池槽１の処理能力を高める必要がある。そのため、液体処理システムＢは、第二の有機物濃度測定部１４０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。 Here, when the concentration of the organic matter in the water to be treated 3 discharged from the microbial fuel cell tank 1 through the outlet 5 is higher than usual, the decomposition of the organic matter is insufficient, so that the treatment of the microbial fuel cell tank 1 is performed. You need to improve your ability. Therefore, the liquid treatment system B controls the flow rate adjusting unit 110 to adjust the flow rate of the water to be treated 3 in accordance with the concentration of the organic matter measured by the second organic matter concentration measuring unit 140.

具体的には、制御部１２０は、第二の有機物濃度測定部１４０と電気的に接続されており、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１から排出される。なお、有機物濃度に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。 Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the second organic substance concentration measuring unit 140 and receives the organic substance concentration measured by the second organic substance concentration measuring unit 140. The control unit 120 includes a storage unit, and the storage unit stores a normal operation range corresponding to the organic substance concentration measured by the second organic substance concentration measuring unit 140. The normal operation range is a range in which the flow rate adjusting unit 110 allows the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and in the normal operation, a predetermined amount of the treated water 3 is discharged from the microbial fuel cell tank 1. The upper limit value and the lower limit value of the normal operation range corresponding to the organic matter concentration can be appropriately set according to the treatment capacity of the organic matter by the electrode cassette 100.

そして、このような液体処理システムＢが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１から排出される。第二の有機物濃度測定部１４０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第二の有機物濃度測定部１４０は、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図６に示すように、測定した有機物濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。有機物濃度が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１から流し続ける。 Then, when such a liquid treatment system B operates, the flow rate adjusting unit 110 causes the treated water 3 to flow at a normal flow rate, and a predetermined amount of the treated water 3 is discharged from the microbial fuel cell tank 1. The second organic substance concentration measuring unit 140 continuously or intermittently measures the concentration of organic substances in the water to be treated 3 discharged from the microbial fuel cell tank 1. The second organic substance concentration measuring unit 140 transmits the measured organic substance concentration to the control unit 120. Upon receiving the measurement result, the control unit 120 compares the measured organic matter concentration with the normal operation range stored in the storage unit as shown in FIG. 6, and determines whether the organic matter concentration is within the normal operation range. Yes (step S1). When the organic matter concentration is within the normal operation range, the flow rate adjusting unit 110 continues to flow a predetermined amount of water to be treated 3 from the microbial fuel cell tank 1.

第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、有機物濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。 When the organic substance concentration measured by the second organic substance concentration measuring unit 140 is outside the normal operating range, the control unit 120 compares the organic substance concentration with the upper limit value and the lower limit value of the normal operating range (step S2).

第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。 When the organic matter concentration measured by the second organic matter concentration measuring unit 140 exceeds the upper limit of the normal operation range, the control unit 120 determines that the organic matter concentration is higher than usual. And the control part 120 performs control which reduces the to-be-processed water 3 discharged|emitted from the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S3). Specifically, the control unit 120 is electrically connected to the flow rate adjusting unit 110, and sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to reduce the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. .. As a result, the amount of water to be treated 3 discharged from the microbial fuel cell tank 1 is reduced as compared with that during normal operation, so that the water to be treated 3 stays in the microbial fuel cell tank 1 for a longer time. Since the residence time becomes long, the contact between the organic matter in the water to be treated 3 and the anaerobic microorganisms is enhanced, so that the decomposition amount of the organic matter can be increased.

逆に、ステップＳ２において、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、流通させる被処理水３の量を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＢによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。 Conversely, in step S2, when the organic substance concentration measured by the second organic substance concentration measuring unit 140 is lower than the lower limit value of the normal operation range, the control unit 120 determines that the organic substance concentration is lower than usual. And the control part 120 performs control which increases the to-be-processed water 3 discharged|emitted from the microbial fuel cell tank 1 compared with the time of normal operation (step S4). Specifically, the control unit 120 sends a command to the flow rate adjusting unit 110 to increase the amount of the treated water 3 to be circulated as compared with that during normal operation. When the concentration of organic substances in the water to be treated 3 is lower than usual, sufficiently purified water is discharged to the outside even if the amount of the water to be treated 3 to be circulated is increased. Since the amount of water to be treated 3 discharged from the microbial fuel cell tank 1 is larger than that during normal operation, the amount of treated water 3 to be treated by the liquid treatment system B can be increased.

このように、本実施形態の液体処理システムＢは、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部１３０をさらに備える。また、液体処理システムＢは、微生物燃料電池槽１の流出口５に設けられ、微生物燃料電池槽１から流出する被処理水３中の有機物の濃度を測定する第二の有機物濃度測定部１４０をさらに備える。そして、制御部１２０は、第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０の少なくとも一方で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。液体処理システムＢは、正極と負極との間の電流値及び電圧値、並びに正極における電位値及び負極における電位値のいずれか一つに加えて、流入する被処理水中の有機物濃度及び／又は排出される被処理水中の有機物濃度に応じて、被処理水の流量を調整している。そのため、有機物濃度測定部での測定結果に応じて、微生物燃料電池槽１での被処理水３の滞留時間をより適切に調整し、排出される被処理水３の処理水質を高く維持することが可能となる。 As described above, the liquid treatment system B of the present embodiment is provided at the inflow port 4 of the microbial fuel cell tank 1, and measures the concentration of organic substances in the water to be treated 3 flowing into the microbial fuel cell tank 1. The organic substance concentration measuring unit 130 is further provided. Further, the liquid treatment system B includes a second organic substance concentration measuring section 140 which is provided at the outlet 5 of the microbial fuel cell tank 1 and measures the concentration of organic substances in the water to be treated 3 flowing out from the microbial fuel cell tank 1. Further prepare. Then, the control unit 120 controls the flow rate of the treated water 3 by the flow rate adjusting unit 110 according to the concentration of the organic substance measured by at least one of the first organic substance concentration measuring unit 130 and the second organic substance concentration measuring unit 140. Perform adjustment control. In the liquid treatment system B, in addition to any one of a current value and a voltage value between the positive electrode and the negative electrode, and a potential value at the positive electrode and a potential value at the negative electrode, the concentration and/or discharge of organic matter in the inflowing treated water The flow rate of the treated water is adjusted according to the concentration of organic substances in the treated water. Therefore, the residence time of the treated water 3 in the microbial fuel cell tank 1 should be adjusted more appropriately according to the measurement result of the organic matter concentration measurement unit, and the treated water quality of the discharged treated water 3 should be maintained high. Is possible.

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present embodiment is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present embodiment.

１ 微生物燃料電池槽
３ 被処理水
４ 流入口
５ 流出口
１０ 正極
２０ 負極
１１０ 流量調整部
１２０ 制御部
１３０ 第一の有機物濃度測定部
１４０ 第二の有機物濃度測定部
Ａ，Ｂ 液体処理システム 1 Microbial Fuel Cell Tank 3 Treated Water 4 Inlet 5 Outlet 10 Positive Electrode 20 Negative Electrode 110 Flow Rate Adjustment Unit 120 Control Unit 130 First Organic Substance Concentration Measuring Unit 140 Second Organic Substance Concentration Measuring Unit A, B Liquid Treatment System

Claims (4)

嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水に接触する負極と、前記負極と電気的に接続された正極とを備え、前記被処理水が流入する流入口及び前記被処理水が流出する流出口が設けられた微生物燃料電池槽と、
前記微生物燃料電池槽の前記流入口に設けられ、前記被処理水の流量を調整する流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つに応じて、前記流量調整部により前記被処理水の流量を調整する制御を行う、液体処理システム。 Retaining anaerobic microorganisms, and, comprising a negative electrode in contact with the water to be treated containing organic matter, and a positive electrode electrically connected to the negative electrode, the inflow port and the treated water into which the treated water flows A microbial fuel cell tank provided with an outflow outlet,
A flow rate adjusting unit provided at the inflow port of the microbial fuel cell tank, for adjusting the flow rate of the water to be treated,
A control unit for controlling the flow rate adjusting unit,
Equipped with
The control unit controls the water to be treated by the flow rate control unit according to one of a current value and a voltage value between the positive electrode and the negative electrode, and a potential value of the positive electrode and a potential value of the negative electrode. A liquid processing system that controls the flow rate of a liquid. 前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を超えている場合に、前記流量調整部により前記被処理水の流量を少なくする制御を行う、請求項１に記載の液体処理システム。 The controller adjusts the flow rate when any one of a current value and a voltage value between the positive electrode and the negative electrode, and a potential value of the positive electrode and a potential value of the negative electrode exceeds a normal operation range. The liquid treatment system according to claim 1, wherein a control is performed by a unit to reduce the flow rate of the water to be treated. 前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を下回る場合に、前記流量調整部により前記被処理水の流量を多くする制御を行う、請求項１又は２に記載の液体処理システム。 The control unit, when any one of a current value and a voltage value between the positive electrode and the negative electrode, and a potential value of the positive electrode and a potential value of the negative electrode falls below a normal operation range, the flow rate adjusting unit The liquid treatment system according to claim 1, wherein control is performed to increase the flow rate of the water to be treated. 前記微生物燃料電池槽の前記流入口に設けられ、前記微生物燃料電池槽に流入する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、
前記微生物燃料電池槽の前記流出口に設けられ、前記微生物燃料電池槽から流出する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第二の有機物濃度測定部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部及び前記第二の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記流量調整部により前記被処理水の流量を調整する制御を行う、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体処理システム。 A first organic matter concentration measuring unit which is provided at the inlet of the microbial fuel cell tank and measures the concentration of the organic matter in the water to be treated flowing into the microbial fuel cell tank,
A second organic matter concentration measuring unit which is provided at the outlet of the microbial fuel cell tank and measures the concentration of the organic matter in the water to be treated flowing out of the microbial fuel cell tank,
Further equipped with,
The control unit adjusts the flow rate of the water to be treated by the flow rate adjusting unit according to the concentration of the organic matter measured by at least one of the first organic matter concentration measuring section and the second organic matter concentration measuring section. The liquid treatment system according to any one of claims 1 to 3, wherein the liquid treatment system is controlled.
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