JP2020119763A - Electrode unit and liquid processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極ユニット及び液体処理システムに関する。 The present invention relates to an electrode unit and a liquid processing system.
近年、持続可能なエネルギーとして、バイオマスを利用して発電をする微生物燃料電池が注目されている。微生物燃料電池は、生活廃水や工場廃水に含まれる有機性物質の化学エネルギーを電気エネルギーに変換しつつ、その有機性物質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。 In recent years, microbial fuel cells that generate electricity using biomass have been attracting attention as sustainable energy. The microbial fuel cell is a wastewater treatment device that converts chemical energy of organic substances contained in domestic wastewater and industrial wastewater into electric energy and oxidatively decomposes and treats the organic substances. 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電解液(廃水)に接触する正極とを有する。そして、有機性物質などを含有する電解液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。負極及び正極は、負荷回路を介して相互に接続されることにより閉回路を形成する。負極では、微生物の触媒作用により電解液から水素イオン及び電子が生成する。そして、生成した水素イオンは電解液を介して正極へ移動し、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と結合し、水となって消費される。その際に、微生物燃料電池は、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 an electrolytic solution (wastewater). Then, while supplying an electrolytic solution containing an organic substance and the like to the negative electrode, a gas containing oxygen is supplied to the positive electrode. The negative electrode and the positive electrode are connected to each other via a load circuit to form a closed circuit. At the negative electrode, hydrogen ions and electrons are generated from the electrolytic solution by the catalytic action of microorganisms. Then, the generated hydrogen ions move to the positive electrode via the electrolytic solution, and the electrons move to the positive electrode via the load circuit. Hydrogen ions and electrons transferred from the negative electrode combine with oxygen in the positive electrode and are consumed as water. At that time, the microbial fuel cell recovers the electric energy flowing in the closed circuit.
ところで、微生物燃料電池の稼働時間が長くなると、バイオフィルムの増殖及びスケールの堆積などによって、正極及び負極に付着する付着物が増加する傾向にある。このような付着物が正極及び負極の表面で増加すると、正極及び負極での化学反応が阻害され、電気エネルギー回収効率及び処理水質が低下するおそれがある。 By the way, when the operating time of the microbial fuel cell becomes long, the adhered substances attached to the positive electrode and the negative electrode tend to increase due to the growth of biofilm and the accumulation of scale. If such deposits increase on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, the chemical reaction on the positive electrode and the negative electrode may be hindered, and the electrical energy recovery efficiency and the quality of treated water may deteriorate.
ここで、特許文献1には、エネルギー回収効率を低下させずに、劣化した隔膜及び/又は正電極が交換可能な微生物燃料電池が記載されている。特許文献1に記載の微生物燃料電池は、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を備えている。また、微生物燃料電池は、少なくとも一部分が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又はカセットの隔膜の内側に結合して有機性基質中に差し込む正電極を備えている。そして、微生物燃料電池は、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。 Here, Patent Document 1 describes a microbial fuel cell in which a deteriorated diaphragm and/or a positive electrode can be replaced without reducing energy recovery efficiency. The microbial fuel cell described in Patent Document 1 is equipped with a negative electrode that is immersed in an organic substrate to carry anaerobic microorganisms. In addition, the microbial fuel cell is an organic substrate that is enclosed with an electrolytic solution in a closed hollow cassette having an outer shell and an inlet/outlet hole, at least a part of which is formed of an ion-permeable diaphragm, or is bound to the inside of the diaphragm of the cassette. It has a positive electrode that plugs into it. Then, the microbial fuel cell takes out electricity through a circuit that electrically connects the negative electrode and the positive electrode while supplying oxygen into the cassette through the inlet/outlet hole.
特許文献1に記載の微生物燃料電池によれば、エネルギー回収効率を低下させずに、劣化した隔膜及び/又は正電極が交換可能である。しかしながら、微生物燃料電池は、電解液の浄化効率を向上させるため、数メートルの大きさの電極が用いられる場合がある。ところが、このような大きな電極が用いられた場合、電極を電解液から引き上げるために、電解液の液面上に電極の大きさ以上のスペースが必要となる。屋根を有する建造物内に大型の微生物燃料電池を設置する場合には、このようなスペースを確保するための費用が負担となってしまう。また、上記のように大きな電極を電解液の中から引き上げるために、電極よりも大きな装置を準備する必要もある。 According to the microbial fuel cell described in Patent Document 1, the deteriorated diaphragm and/or the positive electrode can be replaced without reducing the energy recovery efficiency. However, in the microbial fuel cell, an electrode having a size of several meters may be used in order to improve the purification efficiency of the electrolytic solution. However, when such a large electrode is used, a space larger than the size of the electrode is required on the liquid surface of the electrolytic solution in order to pull up the electrode from the electrolytic solution. When installing a large microbial fuel cell in a building having a roof, the cost for securing such a space becomes a burden. Further, in order to pull up the large electrode from the electrolytic solution as described above, it is necessary to prepare a device larger than the electrode.
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、電解液から容易に取り出すことが可能な電極ユニット及びそれを用いた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 such problems of the conventional art. An object of the present invention is to provide an electrode unit that can be easily taken out from an electrolytic solution and a liquid processing system using the electrode unit.
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る電極ユニットは、酸素が存在する中空部の少なくとも一部を包囲し、かつ、中空部に存在する酸素と接触するように設けられた正極を有する複数の中空電極を備える。各中空電極の正極は互いに電気的に接続されている。電極ユニットは変形するように構成されている。 In order to solve the above problems, the electrode unit according to the first aspect of the present invention is provided so as to surround at least a part of the hollow portion in which oxygen exists, and to be in contact with oxygen existing in the hollow portion. And a plurality of hollow electrodes having a positive electrode. The positive electrodes of each hollow electrode are electrically connected to each other. The electrode unit is configured to deform.
上記課題を解決するために、本発明の第二の態様に係る液体処理システムは、電極ユニットと、有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、を備える。各中空電極は、微生物を担持し、正極と電気的に接続された負極をさらに備える。そして、各中空電極は電解液と接触している。 In order to solve the above problems, a liquid treatment system according to a second aspect of the present invention includes an electrode unit and an electrolytic solution tank that stores an electrolytic solution containing an organic substance. Each hollow electrode further comprises a negative electrode carrying microorganisms and electrically connected to the positive electrode. Then, each hollow electrode is in contact with the electrolytic solution.
本開示によれば、電解液から容易に取り出すことが可能な電極ユニット及びそれを用いた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 an electrode unit that can be easily taken out from an electrolytic solution and a liquid processing system using the electrode unit.
以下、本実施形態に係る電極ユニット及び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 electrode unit and 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 description, and may differ from the actual ratios.
<電極ユニット>
電極ユニット10について、第一実施形態〜第三実施形態に係る電極ユニット10A〜10Cを用いて詳細に説明する。
<Electrode unit>
The
[第一実施形態]
まず、第一実施形態に係る電極ユニット10Aについて図1〜図3を用いて説明する。図1に示すように、本実施形態に係る電極ユニット10Aは、複数の中空電極20を備えている。
[First embodiment]
First, the
複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20同士は、接続部30によって互いに接続されており、各中空電極20は一列に接続されている。接続部30は、隣接する中空電極20の内、一方の中空電極20の一端ともう一方の中空電極20の一端とを接続しており、屈曲するように構成されている。そして、後述するように、電極ユニット10Aは、変形するように構成されている。
Among the plurality of
接続部30は、変形するように構成されていればよく、例えば、ヒンジのような屈曲構造を有していてもよく、柔軟な材料で構成されたシートなどであってもよい。接続部30がヒンジのような屈曲構造を有する場合、接続部30は、金属、樹脂及びセラミックスなどのような材料によって構成されていてもよい。また、接続部30が柔軟な材料で構成されたシートである場合、当該材料は、シリコーン、塩化ビニル、ポリオレフィン及びエラストマーなどからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂、並びに、フィルム状の金属などにより構成されていてもよい。また、後述する連通部35が、隣接する中空電極20同士を接続する接続部30としての役割を有していてもよい。
The connecting
図2は、図1中のA−A線に沿った断面図であり、方向Yにおける断面を示している。図2に示すように、各中空電極20は、中空部21と、側壁部22と、中空部21を介して対向して配置された一対の電極接合体40とを有している。側壁部22の周縁部は、一方の電極接合体40の周縁部と、もう一方の電極接合体40の周縁部とを接続している。中空部21は、対向して配置された一対の電極接合体40と側壁部22とによって包囲されている。なお、本実施形態では、中空電極20が一対の電極接合体40を備える例について説明しているが、各中空電極20が複数の電極接合体40を備えている必要はなく、少なくとも1つの電極接合体40を備えていればよい。したがって、一対の電極接合体40の内、一方の電極接合体40は、単なる板状部材によって構成されていてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, showing a cross section in the direction Y. As shown in FIG. 2, each
各中空電極20の中空部21は、酸素を含んでいる。各中空電極20の中空部21は、連通部35を介して互いに連通しており、各中空部21に含まれる酸素が互いに行き交うことが可能なように構成されている。連通部35は、内部に空洞を有するパイプであり、隣接する中空電極20の内、一方の中空電極20の側壁部22の開口部と、もう一方の中空電極20の側壁部22の開口部とを接続している。連通部35は、電極接合体40の厚さ方向Xにおける側壁部22の略中央に接続されており、屈曲するように構成されている。
The
連通部35を構成する材料は隣接する中空電極20間で屈曲するように、柔軟な材料で構成されていることが好ましい。連通部35を構成する材料は特に限定されないが、例えば、シリコーン、塩化ビニル、ポリオレフィン及びエラストマーなどからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂であってもよい。各中空電極20の正極41を互いに電気的に接続するため、連通部35自体が導電性の材料であってもよい。この場合、連通部35は、柔軟な金属で構成されていてもよい。
The material forming the
各中空部21は酸素を含む気相を有していればよい。中空部21に供給される空気は、連通部35を介して供給されてもよく、連通部35を介しないで直接供給されてもよい。連通部35を介して中空部21に空気を供給する場合、複数の中空電極20を電解液に浸漬させ、連通部35の一端を外気に開放してもよく、外部からポンプによって連通部35に強制的に空気を供給してもよい。電極ユニット10Aが連通部35を備えている場合、連通部35を介して中空部21に空気を供給することができるため、全ての中空電極20が電解液の液面下に配置されていてもよい。
Each
連通部35を介しないで中空部21に空気を直接供給する場合、例えば、図1の手前側の側壁部22を除去するなどして各中空電極20に開口部を形成し、各中空電極20の一端を外気に開放して各中空部21を構成してもよい。このような電極ユニット10Aを電解液に浸漬させる場合には、各中空電極20の開放側の一端が電解液の液面上となるように電極ユニット10Aを配置し、各中空電極20の開放側とは反対の閉塞側が電解液槽の底面を向くように電解液に浸漬させてもよい。この場合、各中空電極20における中空部21は、外気に開放されているため、電極ユニット10Aは連通部35を有していなくてもよい。
When air is directly supplied to the
中空部21は酸素を含む空間のみで構成されていてもよいが、中空電極20が電解液の水圧などによって押しつぶされるのを防ぐため、中空部21には緩衝部材が設けられていてもよい。電極ユニット10Aを電解液に浸漬させ、高い水圧が各中空電極20の表面にかかったとしても、緩衝部材による内部からの圧力によって、中空電極20が押しつぶされるのを防ぐことができるためである。
The
緩衝部材を構成する部材の材料は特に限定されないが、例えば樹脂、金属、ガラス及び炭素材料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。樹脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル及びポリカーボネー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。金属としては、ステンレス鋼及びアルミニウムの少なくとも一方を用いることができる。 The material of the member constituting the cushioning member is not particularly limited, but for example, at least one selected from the group consisting of resin, metal, glass and carbon material can be used. As the resin, at least one selected from the group consisting of polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and polycarbonate can be used. At least one of stainless steel and aluminum can be used as the metal.
緩衝部材を構成する部材の形状は特に限定されないが、正極41に酸素を効率的に供給可能なように、緩衝部材は複数の細孔を有する平板から構成されていることが好ましい。また、緩衝部材は複数の細孔を有する網目状の構造体から構成されていてもよい。複数の細孔は、一定のピッチで形成されていてもよい。緩衝部材は、例えば、平板の一部が大きく貫通した構造であってもよい。
The shape of the member forming the buffer member is not particularly limited, but it is preferable that the buffer member is formed of a flat plate having a plurality of pores so that oxygen can be efficiently supplied to the
図1に示すように、各中空電極20は、台形柱のような略四角柱の短冊形状をしている。図2に示すように、台形の短辺側の上底及び長辺側の下底は、電極接合体40によって構成されており、方向Yにおける断面視において、各中空電極20が接続されている方向Zに延在している。そして、各中空電極20において、方向Yの長さは方向X及び方向Zの長さよりもそれぞれ長く、方向Zの長さは方向Xの長さよりも長くなっている。なお、図1及び図2において、方向Xは、接続方向Zに対して垂直な方向であり、各電極接合体40の厚さ方向である。また、方向Yは、方向X及び方向Zに対してそれぞれ垂直な方向であり、台形を底面とした場合における台形柱の高さ方向である。また、各中空電極20の大きさ及び形状は、液体処理システムの大きさ、及び所望の浄化性能等により任意に変更することができる。
As shown in FIG. 1, each
図1及び図2に示すように、上底側の各電極接合体40及び下底側の各電極接合体40は、電極ユニット10Aが屈曲していない状態では、それぞれ一直線に並んでいる。すなわち、各中空電極20における一対の電極接合体40の内、上底側の面積が小さい方の電極接合体40は電極ユニット10Aの同一方向側に並んでおり、下底側の面積が大きい方の電極接合体40は電極ユニットの10Aのもう一方側に並んでいる。そして、電極ユニット10Aが屈曲していない状態では、隣接する中空電極20において、面積が小さい方の電極接合体40同士の距離は、面積が大きい方の電極接合体40同士の距離よりも大きくなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper
そして、接続部30は、隣接する中空電極20の角部同士を接続しており、上述のように、屈曲するように構成されている。各中空電極20は鋭角を有するため、隣接する中空電極20間は、中空電極20の鋭角側から鈍角側に向かって、所定の角度で屈曲しやすくなっている。所定の角度は中空電極20の鋭角と鈍角の角度によって適宜定めることができる。
The connecting
したがって、図1に示すように、電極ユニット10Aは、変形するように構成されている。具体的には、電極ユニット10Aは、複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20の間において屈曲するように構成されている。さらに具体的には、電極ユニット10Aは、複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20の間において同一方向にそれぞれ屈曲し、ロール状に巻き取られるように構成されている。
Therefore, as shown in FIG. 1, the
したがって、電極ユニット10Aをロール状に巻き取りながら電解液から引き上げることができるため、電解液の液面上に電極ユニット10Aの大きさ以上のスペースが不要となる。また、電極ユニット10Aをロール状に巻き取りながら電解液から引き上げることができるため、電極ユニット10Aを大きくした場合であっても、電解液から引き上げるための大きな装置を準備する必要性が低くなる。したがって、電極ユニット10Aは電解液から容易に取り出すことが可能である。
Therefore, since the
なお、本実施形態では、中空電極20が台形柱の例について説明したが、例えば、接続部30及び連通部35が長く、隣接する中空電極20の間が十分に開いていれば、電極ユニット10Aはロール状に巻き取られるように構成される。したがって、中空電極20の形状は特に限定されず、略直方体のような四角柱であってもよく、楕円体であってもよい。
In the present embodiment, an example in which the
また、電極ユニット10Aにおける中空電極20の数は、電極ユニット10Aが用いられる液体処理システムの大きさ、及び所望の浄化性能等により任意に変更することができる。したがって、電極ユニット10Aにおける中空電極20の数は、2以上であってもよく、3以上であってもよく、5以上であってもよい。また、電極ユニット10Aにおける中空電極20の数は特に限定されないが、100以下であってもよく、50以下であってもよく、10以下であってもよい。
Further, the number of
次に、電極接合体40について説明する。図3は、図2中のB−B線に沿った断面図である。図3に示すように、電極接合体40は、正極41、イオン移動層42及び負極43を備えている。正極41はイオン移動層42の一方の面に接触するように配置されており、負極43はイオン移動層42におけるもう一方の面に接触するように配置されている。
Next, the
(正極)
図3に示すように、中空電極20は、酸素が存在する中空部21の少なくとも一部を包囲し、かつ、中空部21に存在する酸素と接触するように設けられた正極41を有している。正極41は、撥水層44と、撥水層44に接触するように重ねられているガス拡散層45とを備えるガス拡散電極からなる。そして、正極41のガス拡散層45がイオン移動層42と接触し、撥水層44が中空部21側に露出している。このような薄板状のガス拡散電極を用いることにより、中空部21中の酸素を正極41中の触媒に容易に供給することが可能になる。
(Positive electrode)
As shown in FIG. 3, the
(撥水層)
正極41における撥水層44は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層44は、電気化学系中の気相と液相とを良好に分離しながら、中空部21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44は、中空部21中の酸素を透過してガス拡散層45へ移動させつつも、電解液が中空部21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。また、ここでいう液相とは、電解液のような液体の相である。
(Water repellent layer)
The
撥水層44は、酸素が存在する中空部21と接触しており、中空部21中の酸素を拡散している。そして、撥水層44は、ガス拡散層45に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層44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44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44の内部に電解液が染み込み難いため、撥水層44における中空部21と接触する面からガス拡散層45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-
撥水層44は、シート状に形成されていることが好ましい。また、撥水層44を構成する材料は、撥水性を有し、中空部21中の酸素を拡散できれば特に限定されない。撥水層44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44は、撥水層44及びガス拡散層45の積層方向Xに貫通する複数の貫通孔を有することが好ましい。
The
撥水層44としては、例えば防水透湿シートを使用することができる。防水透湿シートとしては、例えば、積水化学工業株式会社製のセルポア(登録商標)、及び株式会社ニトムズ製のブレスロン(登録商標)を用いることができる。
As the
撥水層44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44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-
<ガス拡散層>
正極41におけるガス拡散層45は、多孔質な導電性材料と、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45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41がこのようなガス拡散層45を備えることで、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45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、電子が外部回路からガス拡散層45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
正極41では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層44及びガス拡散層45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45は、撥水層44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45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45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
正極41において、ガス拡散層45に効率的に酸素を供給するために、撥水層44は、接着剤を介してガス拡散層45と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層45に対し、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44とガス拡散層45との間の接着性を確保する観点から、撥水層44とガス拡散層45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44とガス拡散層45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45に供給する観点から、接着剤は撥水層44とガス拡散層45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
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41のガス拡散層45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45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
ガス拡散層45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
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45における触媒は特に限定されないが、白金を含有することが好ましい。また、触媒は、少なくとも一種の非金属原子と金属原子とがドープされた炭素粒子を含んでもよい。炭素粒子にドープされる原子は特に限定されない。非金属原子は、例えば窒素、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原子であることが好ましい。また、金属原子は、例えばマンガン、鉄、コバルト及び銅からなる群より選ばれる少なくとも一種の原子であることが好ましい。
The catalyst in the
ガス拡散層45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
(負極)
本実施形態に係る負極43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、電解液中の有機性物質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43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
負極43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備えることが好ましい。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43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正極41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43の導電体シートは、正極41、イオン移動層42及び負極43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
当該導電体シートは、厚さ方向に貫通する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43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 penetrating in the thickness direction. Therefore, as the material forming the conductor sheet of the
負極43の導電体シートとして、黒鉛シートを用いてもよい。また、負極43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41、イオン移動層42及び負極43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43の局部電池反応により生成した電子を外部回路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 may be used as the conductor sheet of the
負極43に担持される微生物としては、後述する電解液中の有機性物質を分解して、水素イオン及び電子を生成する微生物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、電解液中の有機性物質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
負極43に担持される微生物が嫌気性微生物である場合には、嫌気性微生物の活動を高めるため、負極43の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。また、負極43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。
When the microorganisms carried on the
負極43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43に微生物が保持されていてもよい。具体的には、負極43における電解液と直接接触する面に対して、微生物を含むバイオフィルムが固定されていてもよい。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43に保持されていてもよい。また、微生物は、負極43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 on the
(イオン移動層)
電極接合体40は、正極41と負極43との間に設けられ、プロトン透過性を有するイオン移動層42をさらに備えていてもよい。そして、図3に示すように、負極43は、イオン移動層42を介して正極41と隔てられている。イオン移動層42は、負極43で生成した水素イオンを透過し、正極41側へ移動させる機能を有している。
(Ion transfer layer)
The
イオン移動層42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
また、イオン移動層42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42は、負極43から正極41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42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42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42の細孔径は、負極43から正極41に水素イオンが移動できれば特に限定されない。
Further, as the
上述のように、イオン移動層42は、負極43で生成した水素イオンを透過し、正極41側へ移動させる機能を有する。そのため、例えば、負極43と正極41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43から正極41へ移動することができる。したがって、電極ユニット10Aにおいて、イオン移動層42は必須の構成要素ではない。ただ、イオン移動層42を設けることにより、負極43から正極41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42を設けることが好ましい。なお、正極41とイオン移動層42との間に空隙が設けられていてもよく、負極43とイオン移動層42との間に空隙が設けられていてもよい。すなわち、電極ユニット10Aは、必ずしもイオン移動層42及び負極43を備えている必要はなく、中空部21に存在する酸素と接触するように設けられた正極41を備えていればよい。
As described above, the
電極ユニット10Aでは、各中空電極20の正極41は互いに電気的に接続されている。各正極41の電気的接続方法は、特に限定されない。例えば、正極41同士を直接金属などの導電性材料で接続してもよい。また、連通部35自体が導電性材料であって、連通部35を介して正極41が電気的に接続されていてもよい。また、正極41を電気的に接続する導電体は、連通部35の内部に配索されていてもよく、連通部35の外部に配索されていてもよい。
In the
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る電極ユニット10Bについて図4を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の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, the
図4に示すように、本実施形態に係る電極ユニット10Bは、複数の中空電極20を備えている。複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20同士は、接続部30によって互いに接続されており、各中空電極20は一列に接続されている。接続部30は、隣接する中空電極20の内、一方の中空電極20の一端ともう一方の中空電極20の一端とを接続しており、屈曲するように構成されている。そして、後述するように、電極ユニット10Bは変形するように構成されている。
As shown in FIG. 4, the
各中空電極20は、第一実施形態と同様に、中空部21と、側壁部22と、中空部21を介して対向して配置された一対の電極接合体40とを有している。側壁部22の周縁部は、一方の電極接合体40の周縁部と、もう一方の電極接合体40の周縁部とを接続している。中空部21は、対向して配置された一対の電極接合体40と側壁部22とによって包囲されている。
Each
各中空電極20の中空部21は、酸素を含んでいる。各中空電極20の中空部21は、連通部35を介して互いに連通しており、各中空部21に含まれる酸素が互いに行き交うことが可能なように構成されている。連通部35は、内部に空洞を有するパイプであり、隣接する中空電極20の内、一方の中空電極20の側壁部22の開口部と、もう一方の中空電極20の側壁部22の開口部とを接続している。連通部35は、電極接合体40の厚さ方向における側壁部22の略中央に接続されており、屈曲するように構成されている。
The
図4に示すように、各中空電極20は、略直方体の短冊形状をしている。ただし、中空電極20は、このような形状に限定されず、台形柱のような四角柱であってもよく、楕円体であってもよい。
As shown in FIG. 4, each
接続部30及び連通部35は、電極接合体40の厚さ方向における側壁部22の略中央にそれぞれ接続されており、上述のように、屈曲するように構成されている。電極ユニット10Bは、隣接する中空電極20間において、電極接合体40の厚さ方向におけるいずれの方向へも屈曲するように構成されている。すなわち、電極ユニット10Bは、電極接合体40の厚さ方向において、隣接する中空電極20の同一方向側の面同士が直接接触して面することが可能なように構成されている。
The
したがって、図4に示すように、電極ユニット10Bは、変形するように構成されている。具体的には、電極ユニット10Bは、複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20の間において屈曲するように構成されている。さらに具体的には、電極ユニット10Bは、交互に折り畳まれるように構成されている。電極ユニット10Bは、ジグザグに折り畳まれるように構成されており、略Z字形に交互に何度も折れ曲がっている。
Therefore, as shown in FIG. 4, the
したがって、電極ユニット10Bを、折り畳みながら電解液から引き上げることができるため、電解液の液面上に電極ユニット10Bの大きさ以上のスペースが不要となる。また、電極ユニット10Bを、折り畳みながら電解液から引き上げることができるため、電極ユニット10Bを大きくした場合であっても、電解液から引き上げるための大きな装置を準備する必要性が低くなる。したがって、電極ユニット10Bは電解液から容易に取り出すことが可能である。
Therefore, since the
各中空電極20は、半リング状の留め具である固定部23を備えていてもよい。固定部23は各中空電極20の両端の側壁部22に設けられ、中空電極20と固定部23とで囲われた領域は開口部となっている。電極ユニット10Bにおける一端の中空電極20に設けられた固定部23には、引上用ロープ24が固定されており、それ以外の中空電極20に設けられた固定部23の開口部には引上用ロープ24が通されている。そして、固定されていない引上用ロープ24の端部を引っ張ることによって、電極ユニット10Bはジグザグに屈曲して、最終的に電極ユニット10Bを折り畳んだ状態に変形することができる。
Each
[第三実施形態]
次に、第三実施形態に係る電極ユニット10Cについて図5を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, the
図5に示すように、本実施形態に係る電極ユニット10Cは、複数の中空電極20を備えている。電極ユニット10Cは、ブラインド状に構成されており、変形するように構成されている。
As shown in FIG. 5, the
各中空電極20は、第一実施形態と同様に、中空部21と、側壁部22と、中空部21を介して対向して配置された一対の電極接合体40とを有している。側壁部22の周縁部は、一方の電極接合体40の周縁部と、もう一方の電極接合体40の周縁部とを接続している。中空部21は、対向して配置された一対の電極接合体40と側壁部22とによって包囲されている。
Each
各中空電極20の中空部21は、酸素を含んでいる。各中空電極20の中空部21は、連通部35を介して互いに連通しており、各中空部21に含まれる酸素が互いに行き交うことが可能なように構成されている。連通部35は、内部に空洞を有するパイプであり、屈曲するように構成されている。連通部35は主配管36と主配管36から分岐した分岐管37とを備えており、分岐管37は各中空電極20の側壁部22に設けられた開口部と主配管36とを接続している。
The
各中空電極20は、短辺及び長辺を有する略直方体の短冊形状をしている。中空電極20の4つの角部は4本の回転用ロープ25によってそれぞれ接続されており、中空電極20は略等間隔に一列に接続されている。電極接合体40の長辺に接続された一対の回転用ロープ25は、それぞれ上下方向の動きが一致するように連動している。一方、電極接合体40の短辺に接続された一対の回転用ロープ25は、それぞれ上下方向の動きが、互いに異なる方向に動くように連動している。
Each
そのため、図5に示すように、一方の長辺に接続された一対の回転用ロープ25が上方向に動いた場合には、もう一方の長辺に接続された一対の回転用ロープ25が下方向に動く。また、電極ユニット10Cは、長辺に接続された一対の回転用ロープ25の上下方向の動きに連動して各中空電極20の長辺が上下方向に動くように構成されている。したがって、電極ユニット10Cにおいて、各中空電極20は同一方向に回転するように構成されている。具体的には、各中空電極20は、短辺に接続された一対の回転用ロープ25の略中央部を中心として、回転用ロープ25の動きに連動して回転するように構成されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, when the pair of rotating
各中空電極20は、半リング状の留め具である固定部23を備えていてもよい。固定部23は各中空電極20の両端の側壁部22に設けられ、中空電極20と固定部23とで囲われた領域は開口部となっている。電極ユニット10Cにおける一端の中空電極20に設けられた固定部23には、引上用ロープ24が固定されており、それ以外の中空電極20に設けられた固定部23の開口部には引上用ロープ24が通されている。そして、固定されていない引上用ロープ24の端部を引っ張ることによって、引上用ロープ24が固定された中空電極20が、引上用ロープ24が固定されていない中空電極20の方へ引き寄せられる。したがって、電極ユニット10Cは最終的にブラインドを引き上げたような状態となり、各中空電極20間の隙間が小さくなり、各中空電極20が積層されたような状態となる。
Each
そのため、第一実施形態と同様に、電極ユニット10Cは変形するように構成されている。具体的には、図5に示すように、各中空電極20は同一方向に回転するように構成され、各中空電極20の相対的な位置が変位するように構成されている。
Therefore, similarly to the first embodiment, the
したがって、電極ユニット10Cを、ブラインドのように電解液から引き上げることができるため、電解液の液面上に電極ユニット10Cの大きさ以上のスペースが不要となる。また、電極ユニット10Cを、ブラインドのように電解液から引き上げることができるため、電極ユニット10Cを大きくした場合であっても、電解液から引き上げるための大きな装置を準備する必要性が低くなる。したがって、電極ユニット10Cは電解液から容易に取り出すことが可能である。
Therefore, since the
電極ユニット10について、上述の通り、第一実施形態〜第三実施形態に係る電極ユニット10A〜10Cを用いて説明した。本実施形態に係る電極ユニット10は、酸素が存在する中空部21の少なくとも一部を包囲し、かつ、中空部21に存在する酸素と接触するように設けられた正極41を有する複数の中空電極20を備える。各中空電極20の正極41は互いに電気的に接続されている。電極ユニット10は変形するように構成されている。そのため、上述の通り、電極ユニット10は電解液から容易に取り出すことが可能であるため、電解液から引き上げるための大きな装置を準備する必要性も低くなる。
As described above, the
<液体処理システム>
次に、液体処理システム50について、第一実施形態に係る液体処理システム50A及び第二実施形態に係る液体処理システム50Bを用いて詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<Liquid treatment system>
Next, the
[第一実施形態]
本実施形態に係る液体処理システム50Aは、電極ユニット10Aを備えている。電極ユニット10Aにおいて、上述したように、中空電極20は微生物を担持する負極43を備えている。
[First embodiment]
The
液体処理システム50Aは、有機性物質を含む電解液56を収容する電解液槽51を備えている。電解液槽51は略直方体状の形状をしており、電解液槽51の前壁54には、電解液56を外部から電解液槽51に供給するための流入部52が設けられている。電解液槽51の後壁55には、処理後の電解液56を電解液槽51から外部に排出するための流出部53が設けられている。
The
電解液56は、流入部52を通じて電解液槽51の内部に連続的に供給される。また、図6及び図7に示すように、電極ユニット10Aは電解液56に浸漬されており、各中空電極20は電解液56と接触している。そのため、電解液槽51の流入部52から供給された電解液56は、各中空電極20に接触しながら流れ、その後、流出部53から排出される。
The
本実施形態において、電解液56は廃水である。電解液56が、有機性物質として例えばグルコースを含有する場合、以下の局部電池反応により、二酸化炭素、水素イオン及び電子を生成する。
・負極43(アノード):C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e−
・正極41(カソード):6O2+24H++24e−→12H2O
In the present embodiment, the
·
- the
各中空電極20において、負極43は正極41と電気的に接続されており、負極43に担持された微生物の触媒作用によって、電解液56中の有機性物質が分解されて電子が生成する。負極43で生成した電子は外部回路へ移動し、さらに外部回路から正極41に移動する。このとき、外部回路によって、閉回路に流れる電気エネルギーが回収され、電解液56も浄化することができる。
In each
電解液槽51内の電解液56は、電子伝達メディエーター分子を含んでいてもよい。あるいは、電子伝達メディエーター分子が、負極43を修飾していてもよい。これにより、微生物から負極43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
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。電解液56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43へと受け渡す。この結果、電解液56における有機性物質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 the mediator molecule is introduced into the
図7に示すように、液体処理システム50の稼働時において、複数の中空電極20は、電解液槽51の底壁57から電解液56の液面58に向かって一直線に並んで配置されている。電極ユニット10Aにおける一端側の中空電極20は電解液槽51の底壁57側に配置されており、もう一端側の中空電極20は電解液56の液面58側に配置されている。液面58側の中空電極20の一部は液面58より上側に露出して酸素を含む気相と接触しており、残りの部分は電解液56に浸漬されている。
As shown in FIG. 7, when the
図1に示されるように、電極ユニット10Aは、複数の中空電極20の内、隣接する中空電極20の間において同一方向にそれぞれ屈曲し、ロール状に巻き取られるように構成されている。そのため、バイオフィルムの増殖及びスケールの堆積などによって、正極41及び負極43の少なくともいずれか一方に付着する付着物が増加しても、電極ユニット10Aを電解液56から容易に取り出すことが可能である。
As shown in FIG. 1, the
なお、本実施形態では、電極ユニット10Aを液体処理システム50Aに用いる例について説明した。しかしながら、液体処理システム50は、このような形態に限定されず、例えば、電極ユニット10Aに代えて、電極ユニット10B又は電極ユニット10Cを用いてもよい。
In addition, in this embodiment, the example in which the
[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50Bについて図8〜図10を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の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
本実施形態に係る液体処理システム50Bは、電極ユニット10Bを備えている。電極ユニット10Bにおいて、上述したように、中空電極20は微生物を担持する負極43を備えている。ただし、本実施形態では、上述した電極ユニット10Bに対し、各中空電極20の側壁部22が取り除かれ、各中空電極20は開口部26を有している。
The
図8に示すように、電極ユニット10Bは、電解液56に浸漬されており、各中空電極20は電解液56と接触している。各開口部26は、電解液56の液面58上に露出するように中空電極20が配置されており、中空電極20の中空部21は大気に開放されている。そのため、電極ユニット10Bの各正極41には、大気中に含まれる酸素が自然拡散によって供給される。
As shown in FIG. 8, the
次に、本実施形態に係る液体処理システム50Bにおいて、電極ユニット10Bを折り畳む方法について説明する。図8は電極ユニット10Bを折り畳む前の状態を示しており、図9は電極ユニット10Bを折り畳んでいる様子を示している。図8に示すように、中空電極20は、方向Yにおいて、一列に並んでいる。そして、図9に示すように、電極ユニット10Bを折り畳む際には、電極ユニット10Bを電解液56中で折り畳むことで、電解液槽51の一方の壁部に向かって移動させている。すなわち、液体処理システム50Bにおいて、電極ユニット10Bは、電解液56の液面58と同一平面方向Yに変形するように構成されている。
Next, a method of folding the
そして、図10に示すように、電極ユニット10Bは、一方の電解液槽51の一方の壁部に折り畳んだ状態で浸漬されているため、電極ユニット10Bを電解液槽51内で傾けながら電解液56から取り出すことができる。そのため、電解液56の液面58上に電極ユニット10Bの大きさ以上のスペースが不要となる。また、バイオフィルムの増殖及びスケールの堆積などによって、正極41及び負極43の少なくともいずれか一方に付着する付着物が増加しても、電極ユニット10Bを電解液56から容易に取り出すことが可能である。
Then, as shown in FIG. 10, since the
なお、本実施形態では、電極ユニット10Bを液体処理システム50Bに用いる例について説明した。しかしながら、液体処理システム50は、このような形態に限定されず、例えば、電極ユニット10Bに代えて、電極ユニット10A又は電極ユニット10Cを用いてもよい。
In addition, in this embodiment, the example in which the
液体処理システム50について、上述のように、第一実施形態に係る液体処理システム50A及び第二実施形態に係る液体処理システム50Bを用いて説明した。本実施形態に係る液体処理システム50は、電極ユニット10と、有機性物質を含む電解液56を収容する電解液槽51と、を備えている。各中空電極20は、微生物を担持し、正極41と電気的に接続された負極43をさらに備える。そして、各中空電極20は電解液56と接触している。
As described above, the
電極ユニット10における各中空電極20は正極41と、微生物を担持する負極43とを備えており、電極ユニット10における各中空電極20は電解液56と接触している。そのため、負極43に担持された微生物の触媒作用によって、電解液56中の有機性物質が分解されて電子が生成する。負極43で生成した電子は外部回路へ移動し、さらに外部回路から正極41に移動する。このとき、外部回路によって、閉回路に流れる電気エネルギーが回収され、電解液56も浄化することができる。
Each
また、本実施形態に係る液体処理システム50は、上述した電極ユニット10を備えている。そのため、バイオフィルムの増殖及びスケールの堆積などによって、正極41及び負極43の少なくともいずれか一方に付着する付着物が増加しても、電極ユニット10を電解液56から容易に取り出すことが可能である。取り出した電極ユニット10は、洗浄又は交換などによって、その特性を回復させることができるため、電極ユニット10のメンテナンスを容易にすることができる。
The
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.
10、10A、10B、10C 電極ユニット
20 中空電極
21 中空部
41 正極
43 負極
50、50A、50B 液体処理システム
51 電解液槽
56 電解液
58 液面
10, 10A, 10B,
Claims (7)
各中空電極の前記正極は互いに電気的に接続されており、
変形するように構成されている、電極ユニット。 Surrounding at least a part of the hollow portion where oxygen is present, and comprising a plurality of hollow electrodes having a positive electrode provided so as to contact oxygen present in the hollow portion,
The positive electrodes of each hollow electrode are electrically connected to each other,
An electrode unit that is configured to deform.
各中空電極の相対的な位置が変位するように構成されている、請求項1に記載の電極ユニット。 Each of the hollow electrodes is configured to rotate in the same direction,
The electrode unit according to claim 1, wherein the relative position of each hollow electrode is configured to be displaced.
有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、
を備え、
前記各中空電極は、微生物を担持し、前記正極と電気的に接続された負極をさらに備え、
前記各中空電極は前記電解液と接触している、液体処理システム。 An electrode unit according to any one of claims 1 to 5,
An electrolytic solution tank containing an electrolytic solution containing an organic substance,
Equipped with
Each of the hollow electrodes carries a microorganism and further comprises a negative electrode electrically connected to the positive electrode,
A liquid treatment system, wherein each hollow electrode is in contact with the electrolyte.
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JP2019010069A JP2020119763A (en) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | Electrode unit and liquid processing system |
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