(57)【要約】【課題】長期運転に伴う電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下を抑制することが可能な液体処理システムを提供すること。【解決手段】液体処理システム１は、有機性物質を含む電解液６０を収容する電解液槽７０と、電解液６０と接触し、微生物を担持する負極３０と、気相Ｇと接触し、負極３０と電気的に接続される正極２０と、を備える。液体処理システム１は、負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方を利用して正極２０に付着した付着物の付着の程度を測定する測定部８０と、正極２０の表面を洗浄する洗浄部１００と、を備える。液体処理システム１は、測定部８０により測定された測定結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御する制御部１１０を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、
前記電解液と接触し、微生物を担持する負極と、
気相と接触し、前記負極と電気的に接続される正極と、
前記負極及び前記正極の少なくともいずれか一方を利用して正極に付着した付着物の付着の程度を測定する測定部と、
前記正極の表面を洗浄する洗浄部と、
前記測定部により測定された測定結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する制御部と、
を備える、液体処理システム。
【請求項２】
前記測定部により測定された測定結果に基づいて、警報を報知する報知部をさらに備える、請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項３】
前記洗浄部は、少なくとも前記正極の周囲の前記電解液を攪拌して前記正極の表面を洗浄する、請求項１又は２に記載の液体処理システム。
【請求項４】
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間の電位差の測定値、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値、前記正極の電位の測定値、前記負極と前記正極との間に電流が流れた時間の測定値、前記正極の重量の測定値、及び前記正極の気相側の空気圧の測定値からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項５】
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間の電位差の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項６】
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項７】
前記測定結果は、前記正極の電位の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項８】
前記測定結果は、前記負極と前記正極との間に流れる電流の測定値、及び、前記負極と前記正極との間に電流が流れた時間の測定値であり、
前記制御部は、前記電流の測定値と前記時間の測定値との積と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項９】
前記測定結果は、前記正極の重量の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項１０】
前記測定結果は、前記正極の気相側の空気圧の測定値であり、
前記制御部は、前記測定値と設定値との比較結果に基づいて、前記正極の表面を洗浄するよう前記洗浄部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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す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。上記のような微生物燃料電池として、特許文献１に記載の微生物燃料電池が知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の微生物燃料電池は、内部に空洞部を備える中空筒形状に形成されるとともに、空洞部の一端に大気の給気口が形成され、且つ有機性排水中に浸漬された中空状電極と、空洞部に大気を供給する大気供給部と、を備える。中空状電極は、筒状に形成されたカソードと、カソードの外周に形成された電気絶縁体と、電気絶縁体の外周に形成されたアノードとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１５９０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、微生物燃料電池を長期間稼働させた場合、正極上に、バイオフィルムが増殖したり、スケールが堆積したりする場合がある。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。
【０００７】
特許文献１の微生物燃料電池によれば、電池の単位体積当たりの発電効率が向上する。しかしながら、特許文献１に記載の微生物燃料電池であっても、微生物燃料電池の稼働期間が長くなるにつれ、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で増加すると、電気エネルギー回収効率及び処理水質の低下のおそれがある。
【０００８】
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、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下を抑制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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、有機性物質を含む電解液を収容する電解液槽と、電解液と接触し、微生物を担持する負極と、気相と接触し、負極と電気的に接続される正極と、を備える。液体処理システムは、負極及び正極の少なくともいずれか一方を利用して正極に付着した付着物の付着の程度を測定する測定部と、正極の表面を洗浄する洗浄部と、を備える。液体処理システムは、測定部により測定された測定結果に基づいて、正極の表面を洗浄するよう洗浄部を制御する制御部を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下を抑制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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る液体処理システムの一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】液体処理システムにおける電極ユニットの一例を示す分解斜視図である。
【図４】本実施形態に係る液体処理システムの別の例を概略的に示す断面図である。
【図５】正極の表面の洗浄方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】正極の表面の洗浄方法の別の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本実施形態に係る液体処理システム１は、図１に示すように、微生物を担持する負極３０と、負極３０と電気的に接続される正極２０と、を有する電極ユニット１０を備えている。また、液体処理システム１は、有機性物質を含む電解液６０を収容し、さらに電極ユニット１０が電解液６０に浸漬するように配置される電解液槽７０を備えている。
【００１４】
［電極ユニット］
電極ユニット１０は、図１〜図３に示すように、正極２０及び負極３０を備えている。電極ユニット１０において、正極２０及び負極３０は、正極２０の面２０ｂと負極３０の面３０ａとが対向するように配設されており、さらに、正極２０の面２０ｂと負極３０の面３０ａとの間には空隙が存在する。
【００１５】
図３に示すように、正極２０は、スペーサ部材４０に積層して固定されている。スペーサ部材４０は、正極２０における面２０ａ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、スペーサ部材４０は、２本の第一柱状部材４１の底面を第二柱状部材４２で連結した枠部材である。そして、図２に示すように、スペーサ部材４０の側面４３は、正極２０の面２０ａの外周部と接合されており、側面４３の反対側の側面４４は、板部材５０の面５０ａの外周部と接合されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、正極２０とスペーサ部材４０と板部材５０とを積層してなる積層体は、大気と連通した気相Ｇが形成されるように、電解液槽７０の内部に配置される。電解液槽７０の内部には廃水である電解液６０が保持されており、正極２０のガス拡散層２２及び負極３０は電解液６０に浸漬されている。
【００１７】
後述するように、正極２０は撥水性を有する撥水層２１を備えており、板部材５０は電解液６０を透過しない平板状の板材からなる。そのため、電解液槽７０の内部に保持された電解液６０と、正極２０、スペーサ部材４０及び板部材５０により形成された内部空間とは隔てられ、当該内部空間は気相Ｇとなっている。そして、液体処理システム１では、この気相Ｇが外気に開放されるか、あるいは気相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。さらに、正極２０及び負極３０は、それぞれ図示しない外部回路と電気的に接続されている。
【００１８】
（正極）
本実施形態に係る正極２０は、図２に示すように、撥水層２１と、撥水層２１に接触するように重ねられているガス拡散層２２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２０中の触媒に容易に供給することが可能になる。
【００１９】
正極２０の形状は特に限定されないが、シート形状のように、露出部である表面の平滑性が高い方が好ましい。これにより、洗浄部１００を用いて電解液６０を攪拌した際に、正極２０の表面から効果的に異物を除去することが可能となる。
【００２０】
＜撥水層＞
正極２０における撥水層２１は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。撥水層２１は、電極ユニット１０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２１は、気相Ｇ中の酸素を透過してガス拡散層２２へ移動させつつも、電解液６０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。
【００２１】
撥水層２１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２１は、図２に示す構成では、ガス拡散層２２に対し酸素を略均一に供給している。そのため、撥水層２１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２１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２１の内部に電解液６０が染み込み難いため、撥水層２１における気相Ｇと接触する面からガス拡散層２２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。
【００２２】
撥水層２１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２１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２１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２１は、撥水層２１及びガス拡散層２２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。
【００２３】
撥水層２１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。
【００２４】
撥水層２１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２１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。
【００２５】
＜ガス拡散層＞
正極２０におけるガス拡散層２２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２２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２０にこのようなガス拡散層２２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２２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２２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。
【００２６】
正極２０では、安定的な性能を確保するために、酸素が撥水層２１及びガス拡散層２２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２２は、撥水層２１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２２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２２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。
【００２７】
正極２０において、ガス拡散層２２に効率的に酸素を供給するために、撥水層２１は、接着剤を介してガス拡散層２２と接合していることが好ましい。これにより、ガス拡散層２２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２１とガス拡散層２２との間の接着性を確保する観点から、撥水層２１とガス拡散層２２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２１とガス拡散層２２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２２に供給する観点から、接着剤は撥水層２１とガス拡散層２２との間の全面に設けられていることがより好ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
ここで、本実施形態における正極２０のガス拡散層２２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２２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。
【００３０】
ガス拡散層２２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
ガス拡散層２２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。
【００３４】
ガス拡散層２２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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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２２を構成することができる。
【００４０】
ガス拡散層２２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
ガス拡散層２２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。
【００４４】
（負極）
本実施形態に係る負極３０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６０中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方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３０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。
【００４５】
負極３０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３０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２０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３０の導電体シートは、正極２０及び負極３０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。
【００４６】
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３０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。
【００４７】
負極３０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３０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２０及び負極３０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３０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。
【００４８】
負極３０に担持される微生物としては、電解液６０中の有機性物質又は窒素含有化合物を分解して、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６０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。
【００４９】
負極３０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３０の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。また、負極３０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。
【００５０】
負極３０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３０に微生物が保持されていてもよい。具体的には、負極３０における電解液６０と直接接触する面３０ａ及び面３０ｂ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。ただ、微生物は、バイオフィルムによらずに負極３０に保持されていてもよい。また、微生物は、負極３０の表面だけでなく、内部に保持されていてもよい。
【００５１】
負極３０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、電解液槽７０内の電解液６０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３０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。
【００５２】
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６０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３０へと受け渡す。この結果、電解液６０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。
【００５３】
（イオン移動層）
電極ユニット１０は、正極２０と負極３０との間に設けられ、プロトン透過性を有する図示しないイオン移動層をさらに備えていてもよい。正極２０とイオン移動層との間には空隙が設けられており、負極３０とイオン移動層との間は空隙が設けられていてもよく、イオン移動層の一方の面に負極３０が接触するように配置されていてもよい。イオン移動層は電気絶縁性を有し、さらに負極３０で生成した水素イオンを透過し、正極２０側へ移動させる機能を有している。
【００５４】
イオン移動層としては、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。
【００５５】
また、イオン移動層として、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、イオン移動層は、負極３０から正極２０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、イオン移動層の細孔径は、負極３０から正極２０に水素イオンが移動できれば特に限定されない。
【００５６】
上述のように、イオン移動層は、負極３０で生成した水素イオンを透過し、正極２０側へ移動させる機能を有する。そのため、例えば、負極３０と正極２０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３０から正極２０へ移動することができる。したがって、本実施形態の液体処理システム１において、イオン移動層は必須の構成要素ではない。ただ、イオン移動層を設けることにより、負極３０から正極２０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を設けることが好ましい。
【００５７】
電極ユニット１０において、スペーサ部材４０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。
【００５８】
正極２０及び負極３０には、図示しない外部回路が電気的に接続されている。負極３０に担持された微生物の触媒作用により、電解液６０中の有機性物質が分解されて電子が生成する。負極３０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２０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を回収することができる。
【００５９】
具体的には、例えば電解液６０が有機物として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している。
・負極３０（アノード）：Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｈ２Ｏ→６ＣＯ２＋２４Ｈ＋＋２４ｅ−
・正極２０（カソード）：６Ｏ２＋２４Ｈ＋＋２４ｅ−→１２Ｈ２Ｏ
このように、電解液６０中の有機性物質が負極３０に接触して酸化分解されるため、液体処理システム１は、電解液６０中の有機性物質から電気エネルギーを回収し、電解液６０を浄化することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、正極２０がスペーサ部材４０に積層して固定された電極ユニット１０を電解液６０に浸漬させた例について説明している。しかしながら、液体処理システム１は、電解液６０と接触し、微生物を担持する負極３０と、気相Ｇと接触し、負極３０と電気的に接続される正極２０と、を備えていれば、電気エネルギーを回収し、電解液６０を浄化することができる。したがって、本実施形態の液体処理システム１において、スペーサ部材４０は必須の構成要素でない。例えば、正極２０を電解液６０の水面６１に浮かべ、負極３０を電解液６０に沈ませることによっても、正極２０の一部は気相Ｇと接触することができる。なお、このような構成の場合、正極２０は撥水層２１を備えなくてもよい。また、正極２０がスペーサ部材４０に積層されておらず、正極２０の鉛直方向において、下半分が電解液６０に浸漬され、上半分が電解液６０の液面上の気相Ｇと接触していてもよい。また、正極２０が電解液槽７０の壁の一部を構成しており、正極２０の一方の面２０ａが電解液槽７０の外側の気相Ｇと接触し、正極２０における面２０ａと反対側の面が電解液６０と接触していてもよい。
【００６１】
また、図面において、電極ユニット１０における正極２０、負極３０及びイオン移動層２５、並びに板部材５０は、矩形状に形成されている。しかし、これらの形状は特に限定されず、液体処理システム１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。また、各層の面積も所望の機能が発揮できるならば、それぞれ任意に変更することができる。
【００６２】
［電解液槽］
液体処理システム１は、有機性物質を含む電解液６０を収容する電解液槽７０を備える。電解液槽７０は略直方体状の形状をしており、電解液槽７０の前壁７３には、電解液６０を電解液槽７０に供給するための流入部７１が設けられている。電解液槽７０の後壁７４には、処理後の電解液６０を電解液槽７０から排出するための流出部７２が設けられている。
【００６３】
電解液６０は、流入部７１を通じて電解液槽７０の内部に連続的に供給される。また、図１及び図２に示すように、電極ユニット１０は、電解液６０に浸漬するように電解液槽７０の内部に配置されている。そのため、電解液槽７０の流入部７１から供給された電解液６０は、電極ユニット１０に接触しながら流れ、その後、流出部７２から排出される。
【００６４】
［測定部］
電解液６０には、微生物が含まれており、正極２０が電解液６０に長期間浸漬すると、微生物が正極２０の表面に付着し、バイオフィルムを形成する場合がある。また、電解液６０には、少量の金属イオンが含まれており、正極２０を電解液６０に長期間浸漬すると、正極２０の表面に堆積し、スケールを形成する場合がある。これらのような付着物が正極２０の表面に付着すると、液体処理システム１による電気化学反応が阻害される場合があるため、電気エネルギー回収効率及び処理水質の低下のおそれがある。
【００６５】
そこで、本実施形態に係る液体処理システム１は、負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方を利用して正極２０に付着した付着物の付着の程度を測定する測定部８０を備えている。そして、液体処理システム１は、後述するように、正極２０の表面を洗浄する洗浄部１００と、測定部８０により測定された測定結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御する制御部１１０と、を備えている。そのため、本実施形態に係る液体処理システム１によれば、長期運転に伴い、電気エネルギー回収効率及び処理水質が低下し始めても、測定部８０により測定された測定結果に基づいて正極２０の表面が洗浄され、正極２０に付着した付着物が洗い流される。したがって、電気エネルギー回収効率及び処理水質が、正極２０に付着した付着物によって大きく低下する前に、正極２０から付着物を除去することができ、正極２０をメンテナンスすることができる。
【００６６】
上述のように、測定部８０は、負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方を利用して正極２０に付着した付着物の付着の程度を測定する。本実施形態では、液体処理システム１が備えている負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方を利用することによって、簡易な構成によって、付着物の付着の程度を測定することができる。
【００６７】
測定部８０による測定方法は、負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方が利用されていれば特に限定されない。すなわち、測定部８０は、正極２０のみを利用して付着の程度を測定してもよく、負極３０及び正極２０を利用して付着の程度を測定してもよい。
【００６８】
正極２０に付着する付着物としては、例えば、バイオフィルム及びスケールなどが挙げられる。スケールには、例えば、電解液６０中に含まれるカルシウム及びマグネシウムなどの無機金属塩が含まれる。付着物の付着の程度は、例えば、付着物の付着体積、付着重量、付着面積及び付着厚さ等からなる群より選択される少なくとも１つである。
【００６９】
測定部８０は、図２に示すように、例えば、負極３０及び正極２０を利用し、負極３０と正極２０との間の電位差を測定してもよい。測定部８０が電位差を測定する場合、測定部８０は例えば電圧計などであってもよい。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０での還元反応が抑制され、電位差が小さくなる傾向にある。そのため、電位差を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。測定部８０が電位差を測定する場合、後述のような正極２０の電位を測定する場合のように、銀−塩化銀電極のような参照電極を設置する必要がなく、当該参照電極のメンテナンスの必要性もない。そのため、簡易な構成により、付着物の付着の程度を測定することができる。
【００７０】
測定部８０は、図２に示す形態に限定されず、以下のような形態であってもよい。測定部８０は、例えば、負極３０及び正極２０を利用し、負極３０と正極２０との間に流れる電流を測定してもよい。なお、負極３０と正極２０との間に流れる電流は、負極３０又は正極２０に流れる電流であってもよい。測定部８０が電流を測定する場合、測定部８０は例えば電流計などであってもよい。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０での還元反応が抑制され、電流が小さくなる傾向にある。そのため、電流を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。測定部８０が、電流を測定する場合、後述のような正極２０の電位を測定する場合のように、参照電極を設置する必要がなく、当該参照電極のメンテナンスの必要性もない。そのため、簡易な構成により、付着物の付着の程度を測定することができる。
【００７１】
測定部８０は、例えば、正極２０を利用し、正極２０の電位を測定してもよい。測定部８０が正極２０の電位を測定する場合、測定部８０は例えば電位計などであってもよい。電位計は銀−塩化銀電極のような参照電極を備えており、参照電極を電解液６０に浸漬させ、正極２０を作用電極とすることで、正極２０の電位を測定することができる。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０での還元反応が抑制され、正極２０の電位が負にシフトする傾向にある。そのため、正極２０の電位を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。測定部８０が正極２０の電位を測定する場合、正極２０の付着物に起因する要因と、負極３０の付着物に起因する要因とを区別して測定することができる。そのため、正極２０の電位を測定する場合は、電圧値及び電流値を測定する場合と比較して、測定値の正確性が高い。
【００７２】
測定部８０は、例えば、負極３０及び正極２０を利用し、負極３０と正極２０との間に流れる電流、及び、負極３０と正極２０との間に電流が流れた時間を測定してもよい。測定部８０が電流を測定する場合、測定部８０は例えば電流計などであってもよい。測定部８０が電流の流れた時間を測定する場合、測定部８０は例えば電流の流れる時間を計測可能なタイマなどであってもよい。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０での還元反応が抑制され、上記電流と時間の積であるクーロンが、付着物の付着の程度が大きくなる前に比べて小さくなる傾向にある。そのため、電流及び時間を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。
【００７３】
測定部８０は、例えば、正極２０を利用し、正極２０の重量を測定してもよい。測定部８０が正極２０の重量を測定する場合、測定部８０は例えば重量計などであってもよい。正極２０の重量を測定する際には、電解液６０に浸漬した際の正極２０の浮力を算出し、その算出結果に基づいて正極２０の重量を求めてもよい。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０の重量が大きくなるため、正極２０の重量を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。測定部８０が、正極２０の重量を測定する場合、正極２０と負極３０とが分離されていると、正極２０の付着物の付着の程度をより正確に測定することができる。
【００７４】
測定部８０は、例えば、正極２０を利用し、正極２０の気相Ｇ側の空気圧を測定してもよい。測定部８０が正極２０の気相Ｇ側の空気圧を測定する場合、測定部８０は例えば圧力計などであってもよい。正極２０に付着した付着物の付着の程度が大きくなると、正極２０が有する気孔部が閉塞してしまい、正極２０の気相側の空気圧が大きくなる傾向にある。そのため、正極２０の気相Ｇ側の空気圧を測定することで、正極２０に付着する付着物の付着の程度を測定することができる。測定部８０は、正極２０の気相Ｇ側の空気圧を測定する場合、正極２０のみの状態が測定されるため、正極２０の付着物の付着の程度を正確に測定できる。
【００７５】
したがって、測定部８０は、負極３０と正極２０との間の電位差、負極３０と正極２０との間に流れる電流、正極２０の電位、負極３０と正極２０との間に電流が流れた時間、正極２０の重量、及び正極２０の気相Ｇ側の空気圧からなる群より選択される少なくとも一つを測定してもよい。具体的には、測定部８０は、電圧計、電流計、電位計、タイマ、重量計及び圧力計からなる群より選択される少なくとも一種の測定器であってもよい。
【００７６】
［洗浄部］
洗浄部１００は、正極２０の表面を洗浄する。洗浄部１００は、少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌して正極２０の表面を洗浄してもよく、薬液洗浄によって正極２０の表面を洗浄してもよく、正極２０の表面を乾燥させて洗浄してもよく、又はこれらの組合せであってもよい。
【００７７】
少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌して正極２０の表面を洗浄する場合、洗浄部１００は、図２に示すように、少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌する電解液攪拌部であってもよい。電解液攪拌部は、正極２０の周囲に存在する電解液６０を攪拌することができる。このような電解液攪拌部によって、簡易な方法で正極２０に付着した付着物を除去することができる。
【００７８】
電解液攪拌部の構成は、正極２０の周囲の電解液６０を攪拌できるならば特に限定されない。例えば、電解液攪拌部は、正極２０の周囲に電解液６０の流れを発生させるポンプを備えることが好ましい。このようなポンプを用いることにより、正極２０の周囲に電解液６０の流れを発生させ、電解液６０の水流及び／又は水圧により、正極２０の表面に付着した付着物を剥離することが可能となる。なお、電解液攪拌部を構成するポンプは特に限定されないが、水中ポンプ又は水中モーターポンプを使用することができる。水中ポンプは、通常の使用中に、全面的に又は部分的に電解液６０中に沈める電気部品をもつポンプである。水中モーターポンプは、ポンプ全体を電動機ごと電解液６０中につけて使用するポンプである。
【００７９】
なお、電解液攪拌部は、電解液槽７０の外部に配設したポンプと、当該ポンプに接続した配管とを備え、配管の端部から電解液６０を吐出することにより、正極２０の周囲に電解液６０の流れを発生させるような構成であってもよい。
【００８０】
なお、電解液攪拌部は、上述のポンプに限定されない。例えば、電解液攪拌部は、正極２０に対して散気する散気装置を備えることも好ましい。具体的には、図４に示すように、散気装置１０１は、気体を散気するための孔部を有する散気部材１０２と、孔部に気体を供給する気体供給部材１０３とを備えていてもよい。
【００８１】
散気部材１０２は、気体を流通させることが可能な孔部を多数有する部材である。散気部材１０２は特に限定されないが、例えば粗大なセラミックス粒子をバインダ等で接合した多孔質セラミックス散気板、又は合成樹脂製の散気板を用いることができる。また、散気部材１０２としては、メンブレンディフューザーも用いることができる。
【００８２】
気体供給部材１０３は散気部材１０２を保持し、さらに散気部材１０２の孔部に気体を供給する中空部材である。そして、気体供給部材１０３から供給された気体は、散気部材１０２の孔部を通過して気泡となり、電解液６０中に拡散する。
【００８３】
気体供給部材１０３には、電解液槽７０の外部から気体を供給するための配管１０４が接続されていることが好ましい。具体的には、気体供給部材１０３の下部に、中空の配管１０４が接続されていることが好ましい。配管１０４は、電解液槽７０の後壁７４を貫通し、電解液槽７０の外部に延出している。そして、配管１０４の端部には、気体を圧送するための圧縮機１０５が接続されている。
【００８４】
散気装置１０１から電解液６０に散気する気体は特に限定されない。例えば、気体としては空気を用いることができる。ただ、上述のように、嫌気性微生物の活動を高めるためには、負極３０の周囲を嫌気性雰囲気に保つことが好ましい。そのため、散気する気体は酸素を含まないガスであることが好ましく、例えば窒素を用いることが好ましい。
【００８５】
電解液攪拌部は、鉛直方向Ｙにおいて、正極２０の下部側に設けられていることが好ましい。具体的には、図２に示すように、電解液攪拌部が水中ポンプ又は水中モーターポンプを備えている場合には、当該ポンプは、鉛直方向Ｙにおいて、正極２０の下部側に設けられていることが好ましい。これにより、電解液攪拌部が稼働したときに、正極２０の下部から上方に向かう水流が発生するため、正極２０の下端から付着物が剥離し、当該付着物を効率的に除去することが可能となる。
【００８６】
電解液攪拌部が、電解液槽７０の外部に配設したポンプと、当該ポンプに接続した配管とを備える場合には、電解液６０が吐出する配管の端部を、鉛直方向Ｙにおいて、正極２０の下部側に設けることが好ましい。
【００８７】
電解液攪拌部が正極２０に対して散気する散気装置１０１を備えている場合には、図４に示すように、散気部材１０２及び気体供給部材１０３が、鉛直方向Ｙにおいて、正極２０の下部側に設けられていることが好ましい。これにより、散気部材１０２から発生した気泡が正極２０の表面に沿って浮上し、電解液６０の水面６１に到達する。この際、気泡は、正極２０の表面に接触するため、正極２０上の異物を除去することができる。
【００８８】
薬液洗浄によって正極２０の表面を洗浄する場合、正極２０を電解液６０から取り出して薬液を塗布するか、電解液槽７０とは異なる槽に収容された薬液に正極２０を移動させて浸漬させてもよい。薬液を塗布する場合には、洗浄部１００は、正極２０の表面に薬液を塗布する塗布部を備えていてもよい。薬液を塗布する方法は特に限定されず、スプレー等で噴霧してもよく、刷毛等で正極２０の表面に直接塗布してもよい。
【００８９】
薬液は特に限定されないが、酸性溶液であってもよく、アルカリ性溶液であってもよい。薬液として酸性溶液を用いた場合には、正極２０の表面に付着し、強固に固着したスケールを除去することが容易になる。薬液としてアルカリ性溶液を用いた場合には、正極２０の表面に付着し、強固に固着したバイオフィルムを除去することが容易になる。酸性溶液は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、リン酸、スルファミン酸、次亜塩素酸及び乳酸からなる群より選択される少なくとも１つを含む水溶液などを含んでいてもよい。また、アルカリ性溶液は、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウムからなる群より選択される少なくとも１つを含む水溶液などを含んでいてもよい。薬液は、正極２０に付着する付着物の種類、量及び付着強度などによって適宜選択すればよい。
【００９０】
正極２０の表面を乾燥させて洗浄する方法としては、電解液槽７０内の電解液６０の水面６１を下げて正極２０の表面を乾燥させる、正極２０を持ち上げて正極２０の表面を乾燥させるなどの方法が挙げられる。正極２０の表面を乾燥させることで、正極２０に付着した付着物を粉末化することができ、正極２０の表面から除去することができる。また、正極２０の表面を乾燥させることで、バイオフィルムに含まれる微生物を殺菌し、微生物による酸素の消費を低減させることができる。なお、洗浄時に、正極２０とともに負極３０が空気中に暴露されると、正極２０にプロトンが供給されなくなる。そのため、液体処理システム１の稼働時には、正極２０が水面６１付近に配置されており、鉛直方向Ｙにおいて負極３０が正極２０の下端よりも下部に設置してあることが好ましい。
【００９１】
洗浄部１００は、電解液槽７０内に収容された電解液６０の液量を調節する流量調節部を備えていてもよい。具体的には、電解液槽７０に供給する電解液６０の量を少なくする、電解液槽７０に電解液６０を供給しない、電解液槽７０から電解液６０を排出する量を多くする、又はこれらの組合せによって、電解液槽７０内の電解液６０の水面６１を下げてもよい。
【００９２】
洗浄部１００は、正極２０の表面を、一段階の工程で洗浄してもよいが、二段階以上の多段階の工程に分けて洗浄してもよい。すなわち、洗浄部１００は、正極２０の表面を洗浄する第一洗浄工程と、第一洗浄工程の後であって、正極２０の表面を洗浄する第二洗浄工程とによって、正極２０の表面を洗浄してもよい。第一洗浄工程及び第二洗浄工程は、それぞれ測定部８０により測定された測定結果に基づいて実施されてもよい。第一洗浄工程及び第二洗浄工程は、それぞれ上述したような、少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌して正極２０の表面を洗浄する工程、薬液洗浄による正極２０の表面の洗浄する工程、又は正極２０の表面を乾燥させて洗浄する工程であってもよい。第一洗浄工程と第二洗浄工程とは同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。
【００９３】
少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌して正極２０の表面を洗浄する方法は、上述のように、簡易な構成のため、日常のメンテナンスとして使用することができる。しかしながら、電解液６０の撹拌だけでは、正極２０に付着物が強固に付着した場合に、付着物が除去しきれない場合がある。その場合、第一洗浄工程として電解液６０を撹拌して洗浄した後であっても、第二洗浄工程によって付着物を除去することが好ましい。具体的には、第一洗浄工程の後に、測定結果に基づいて得られる値が設定値よりも小さく又は大きく、付着物の付着の程度が大きいと制御部１１０によって判断された場合には、制御部１１０は第二洗浄工程により洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。第二洗浄工程としては、強固な付着物を除去可能な上述した薬液洗浄であることが好ましい。
【００９４】
［制御部］
制御部１１０は、測定部８０により測定された測定結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御する。制御部１１０は、図２及び図４に示すように、測定部８０及び洗浄部１００と電気的に接続されており、測定結果と設定値との比較結果に基づいて、洗浄部１００の作動状態を制御している。具体的には、制御部１１０は、測定結果が設定値よりも大きい場合、又は、測定値が設定値よりも小さい場合に、洗浄部１００を制御している。なお、設定値は、正極２０及び負極３０を構成する材質及び電解液６０中の有機性物質の濃度などの条件に応じて最適な値は変動するため、任意の所定値（閾値）である。なお、制御部１１０は、ＣＰＵを備えていてもよく、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さらに備えていてもよい。
【００９５】
制御部１１０は、ＯＮ／ＯＦＦで洗浄部１００を制御してもよく、切／弱／強などのように多段階の調節により洗浄部１００を制御してもよい。ＯＮ／ＯＦＦ制御の場合、例えば、０の電気信号でＯＦＦ、１の電気信号でＯＮとなるように洗浄部１００を制御してもよい。洗浄部１００が上述した電解液攪拌部である場合、例えば、ＯＮで電解液６０を撹拌し、ＯＦＦで電解液６０の撹拌を停止してもよい。
【００９６】
なお、上述のように、測定結果は、負極３０と正極２０との間の電位差の測定値、負極３０と正極２０との間に流れる電流の測定値、正極２０の電位の測定値、負極３０と正極２０との間に電流が流れた時間の測定値、正極２０の重量の測定値、及び正極２０の気相Ｇ側の空気圧の測定値からなる群より選択される少なくとも１つであってもよい。
【００９７】
なお、上述のように、測定結果は、負極３０と正極２０との間の電位差の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、負極３０と正極２０との間に流れる電流の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、正極２０の電位の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、負極３０と正極２０との間に流れる電流の測定値、及び、負極３０と正極２０との間に電流が流れた時間の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、電流の測定値と時間の測定値との積と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。
【００９８】
上述のように、測定結果は、正極２０の重量の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。また、上述のように、測定結果は、正極２０の気相Ｇ側の空気圧の測定値であってもよい。そして、制御部１１０は、測定値と設定値との比較結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよい。
【００９９】
なお、上記のなかでも、測定結果は、負極３０と正極２０との間の電位差の測定値及び負極３０と正極２０との間に流れる電流の測定値の少なくともいずれか一方であることが好ましい。そして、洗浄部１００が少なくとも正極２０の周囲の電解液６０を攪拌する電解液攪拌部であることが好ましい。このような態様とすることで、簡易な構造で操作性の良好な液体処理システム１を提供することができる。
【０１００】
次に、図５に示すフローチャートを用いて、正極２０の表面を洗浄する方法の一例について説明する。図５に示すように、ステップＳ１において、制御部１１０は、測定部８０によって測定された測定結果に基づいて得られる値が設定値よりも小さいか否かを比較して判断する。制御部１１０は、上記値が設定値よりも小さい値となった場合（ＹＥＳ）には処理をステップＳ２に進め、洗浄部１００に正極２０の表面を洗浄するよう指示をする。一方、上記値が設定値よりも大きい値となった場合（ＮＯ）には、制御部１１０はステップＳ１に処理を戻す。なお、本実施形態では、上記値が設定値よりも小さい値となった場合に、制御部１１０が正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００に指示をしている。ただし、上記値が設定値よりも大きい値となった場合に、制御部１１０が正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００に指示してもよい。
【０１０１】
具体的には、負極３０と正極２０との間の電位差の測定値、負極３０と正極２０との間に流れる電流の測定値、正極２０の電位の測定値及び上記電流の測定値と負極３０と正極２０との間に電流が流れた時間の測定値との積からなる群より選択される少なくとも１つが、設定値よりも小さくなった場合に、制御部１１０は正極２０の表面を洗浄するように洗浄部１００を制御してもよい。また、正極２０の重量の測定値及び正極２０の気相Ｇ側の空気圧の測定値の少なくともいずれか一方が、設定値よりも大きくなった場合に、制御部１１０は正極２０の表面を洗浄するように洗浄部１００を制御してもよい。
【０１０２】
次に、図６に示すフローチャートを用いて、正極２０の表面を洗浄する別の方法について説明する。先程と同様に、ステップＳ１において、制御部１１０は、測定部８０によって測定された測定結果に基づいて得られる値が設定値よりも小さいか否かを比較して判断する。制御部１１０は、上記値が設定値よりも小さい値となった場合（ＹＥＳ）には処理をステップＳ２に進め、洗浄部１００に正極２０の表面を洗浄するよう指示し、洗浄部１００は第一洗浄工程により正極２０の表面を洗浄する。そして、制御部１１０はステップＳ３へ処理を進める。一方、上記値が設定値よりも大きい値となった場合（ＮＯ）には、制御部１１０はステップＳ１に処理を戻す。
【０１０３】
次に、ステップＳ３において、制御部１１０は、再び、測定部８０によって測定された測定結果に基づいて得られる値が設定値よりも小さいか否かを比較して判断する。制御部１１０は、上記値が設定値よりも小さい値となった場合（ＹＥＳ）には処理をステップＳ４に進め、洗浄部１００に正極２０の表面を洗浄するよう指示をする。そして、洗浄部１００は、第二洗浄工程により正極２０の表面を洗浄する。一方、制御部１１０は、上記値が設定値よりも大きい値となった場合（ＮＯ）には、ステップＳ１に処理を戻す。
【０１０４】
［報知部］
液体処理システム１は、測定部８０により測定された測定結果に基づいて、警報を報知する報知部１２０をさらに備えていてもよい。警報は、例えば、正極２０に付着した付着物の付着の程度が強いことをユーザに知らせるための警報である。ユーザは、この警報によって、液体処理システム１において、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下に気付くことができる。そして、ユーザは、薬液によって正極２０の表面を洗浄するなど、強力な方法によって正極２０の表面を洗浄し、電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下を抑制することができる。
【０１０５】
報知部１２０は、制御部１１０と電気的に接続されており、第一洗浄工程によって正極２０を洗浄した場合であっても、正極２０に付着した付着物の付着の程度が設定値を超えている場合に、警報を報知してもよい。この警報に基づき、制御部１１０は第二洗浄工程によって正極２０を洗浄するよう洗浄部１００を制御してもよく、ユーザが第二洗浄工程によって正極２０を洗浄してもよい。
【０１０６】
報知部１２０には、スピーカーなどの音声出力部、ＬＥＤ（light emitting diode）などの光源を有する表示装置又はこれらの組合せが含まれる。報知部１２０が音声出力部の場合には、報知部１２０は、音声メッセージ及びブザー音などによってユーザに警報が報知される。報知部１２０が表示装置の場合には、報知部１２０は、光源の色並びに点灯及び点滅の時間間隔などによってユーザに警報が報知される。また、報知部１２０が表示装置の場合には、ディスプレイなどにメッセージが表示されていてもよい。
【０１０７】
以上の通り、本実施形態に係る液体処理システム１は、有機性物質を含む電解液６０を収容する電解液槽７０と、電解液６０と接触し、微生物を担持する負極３０と、気相Ｇと接触し、負極３０と電気的に接続される正極２０と、を備える。液体処理システム１は、負極３０及び正極２０の少なくともいずれか一方を利用して正極２０に付着した付着物の付着の程度を測定する測定部８０と、正極２０の表面を洗浄する洗浄部１００と、を備える。液体処理システム１は、測定部８０により測定された測定結果に基づいて、正極２０の表面を洗浄するよう洗浄部１００を制御する制御部１１０を備える。
【０１０８】
そのため、本実施形態に係る液体処理システム１によれば、長期運転に伴い、電気エネルギー回収効率及び処理水質が低下し始めても、測定部８０により測定された測定結果に基づいて正極２０の表面が洗浄され、正極２０に付着した付着物が洗い流される。したがって、電気エネルギー回収効率及び処理水質が、正極２０に付着した付着物によって大きく低下する前に、正極２０から付着物を除去することができ、正極２０をメンテナンスすることができる。したがって、液体処理システム１は、長期運転に伴う電気エネルギー回収効率及び処理水質の大きな低下を抑制することができる。
【０１０９】
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。
【符号の説明】
【０１１０】
１  液体処理システム
２０  正極
３０  負極
６０  電解液
７０  電解液槽
８０  測定部
１００  洗浄部
１１０  制御部
１２０  報知部
Ｇ  気相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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