(57)【要約】【課題】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。【解決手段】液体処理システムＡは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水３に接触する負極２０と、負極と電気的に接続された正極１０とを備える微生物燃料電池槽１を有する。液体処理システムＡは、さらに、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、被処理水に酸素を供給する酸素供給部２００を備える活性汚泥槽２と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、活性汚泥槽に流入する被処理水中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部２２０と、酸素供給部を制御する制御部２１０と、を備える。制御部は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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る微生物燃料電池槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記活性汚泥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、
前記酸素供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う、液体処理システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を多くする制御を行う、請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を減らす制御を行う、請求項１又は２に記載の液体処理システム。
【請求項４】
前記微生物燃料電池槽の上流側に設けられ、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二の有機物濃度測定部と、前記活性汚泥槽の下流側に設けられ、前記活性汚泥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三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で測定された前記有機物の濃度と、前記第二の有機物濃度測定部及び前記第三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とに応じて、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う、請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第二の有機物濃度測定部及び前記第三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が所定値を超えている場合に、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を多くする制御を行う、請求項４に記載の液体処理システム。
【請求項６】
前記微生物燃料電池槽の上流側、及び前記微生物燃料電池槽と前記活性汚泥槽との間の少なくとも一方に設けられ、前記被処理水の流量を調整する流量調整部をさらに備え、
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活性汚泥槽に流入する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５のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度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６に記載の液体処理システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部で測定された前記有機物の濃度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６又は７に記載の液体処理システム。
【請求項９】
前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定する外部回路をさらに備える、請求項１乃至８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の少なくとも一方に応じて、前記酸素供給部から前記被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う、請求項９に記載の液体処理システム。
【請求項１１】
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る微生物燃料電池槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、
前記微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、前記活性汚泥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上流側、及び前記微生物燃料電池槽と前記活性汚泥槽との間の少なくとも一方に設けられ、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、前記第一の有機物濃度測定部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活性汚泥槽に流入する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。
【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】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。しかし、得られる処理水質は好気性微生物を利用した方が良好な傾向がある。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５１６４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第一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る微生物燃料電池槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、活性汚泥槽に流入する被処理水中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、酸素供給部を制御する制御部と、を備える。制御部は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。
【００１２】
本発明の第二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る微生物燃料電池槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、被処理水に酸素を供給する酸素供給部を備える活性汚泥槽と、微生物燃料電池槽の下流側に設けられ、活性汚泥槽に流入する被処理水中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、微生物燃料電池槽の上流側、及び微生物燃料電池槽と活性汚泥槽との間の少なくとも一方に設けられ、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、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部により活性汚泥槽に流入する被処理水の流量を調整する制御を行う。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】図１中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】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。
【図４】第一実施形態に係る液体処理システムにおいて、活性汚泥槽への酸素供給量の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】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。
【図６】第二実施形態に係る液体処理システムにおいて、活性汚泥槽への酸素供給量の制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】第三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。
【図８】第四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。
【図９】第四実施形態に係る液体処理システムにおいて、活性汚泥槽への酸素供給量の制御を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第五実施形態に係る液体処理システムにおいて、活性汚泥槽に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。
【図１１】第六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。
【図１２】図１１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】第六実施形態に係る液体処理システムにおける酸素供給カセットの一例を示す分解斜視図である。
【図１４】第六実施形態に係る液体処理システムにおける酸素供給部を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［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、廃水であり、有機物を含む被処理水３を保持する微生物燃料電池槽１を備えている。また、液体処理システムＡは、被処理水３を保持し、連結管４を介して微生物燃料電池槽１と連通し、さらに微生物燃料電池槽１よりも下流側に配置される活性汚泥槽２を備えている。さらに、液体処理システムＡは、微生物燃料電池槽１の内部に設けられる電極カセット１００と、活性汚泥槽２に設けられる酸素供給部２００とを備えている。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り、活性汚泥槽２は、活性汚泥法により有機物を酸化分解する槽である。
【００１７】
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５が設けられている。活性汚泥槽２も略直方体状の容器であり、活性汚泥槽２の後壁２ｂの上部には、処理後の被処理水３を活性汚泥槽２から排出するための流出口６が設けられている。そして、微生物燃料電池槽１の後壁１ｂの上部と活性汚泥槽２の前壁２ａの上部は、円筒状の連結管４で接続されている。
【００１８】
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、酸素供給部２００の少なくとも一部は活性汚泥槽２の内部に配置される。
【００１９】
そして、被処理水３は、流入口５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、連結管４を通じて活性汚泥槽２の内部に連続的に移動する。活性汚泥槽２に移動した被処理水３には、酸素供給部２００から酸素が供給され、その後、流出口６から排出される。
【００２０】
〔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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
＜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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
〔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。
【００６３】
〔酸素供給部〕
液体処理システムＡにおいて、活性汚泥槽２は、活性汚泥槽２の内部に保持されている被処理水３に対して、外部から酸素を供給するための酸素供給部２００を備えている。酸素供給部２００の構成は、制御部２１０からの指令に基づき、活性汚泥槽２の内部の被処理水３に対して酸素を供給できるならば、特に限定されない。また、酸素供給部２００は、活性汚泥槽２の内部の被処理水３に対して、空気を供給するような構成であってもよい。
【００６４】
例えば、酸素供給部２００は、被処理水３に対して酸素を散気する散気装置を備えることが好ましい。具体的には、図２に示すように、散気装置１１０は、酸素を散気するための孔部を有する散気部材１１１と、孔部に酸素を供給する酸素供給部材１１２とを備えることができる。
【００６５】
散気部材１１１は、酸素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１１１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１１１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。
【００６６】
酸素供給部材１１２は散気部材１１１を保持し、さらに散気部材１１１の孔部に酸素を供給する中空部材である。そして、酸素供給部材１１２から供給された酸素は、散気部材１１１の孔部を通過して気泡となり、被処理水３中に拡散する。
【００６７】
酸素供給部材１１２には、活性汚泥槽２の外部から酸素を供給するための配管１１３が接続されていることが好ましい。具体的には、酸素供給部材１１２の下部に、中空の配管１１３が接続されていることが好ましい。配管１１３は、活性汚泥槽２の後壁２ｂを貫通し、活性汚泥槽２の外部に延出している。そして、配管１１３の端部には、酸素を圧送するための圧縮機１１４が接続されている。
【００６８】
活性汚泥槽２において、散気部材１１１及び酸素供給部材１１２の位置は特に限定されない。ただ、活性汚泥槽２の内部の被処理水３に対して酸素を効率的に供給する観点から、平面視した場合、活性汚泥槽２の中央付近に設けることが好ましい。
【００６９】
〔第一の有機物濃度測定部〕
液体処理システムＡは、活性汚泥槽２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２２０を備えている。第一の有機物濃度測定部２２０は、図１及び図２に示すように、微生物燃料電池槽１と活性汚泥槽２との間の連結管４に設けることができる。そして、第一の有機物濃度測定部２２０は、連続的又は断続的に活性汚泥槽２に流入する被処理水３中の有機物の濃度を測定することが好ましい。第一の有機物濃度測定部２２０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２２０は、後述する制御部２１０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２１０に送信する機能を有する。
【００７０】
〔制御部〕
液体処理システムＡは、酸素供給部２００を制御する制御部２１０を備えている。図１及び図２に示すように、制御部２１０は、活性汚泥槽２に設けられた酸素供給部２００と電気的に接続されており、酸素供給部２００の作動状態を制御する。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部２２０により測定した有機物濃度を受信する。なお、制御部２１０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。
【００７１】
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及び活性汚泥槽２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。
【００７２】
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５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。
【００７３】
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。
【００７４】
微生物燃料電池槽１の電極カセット１００で処理された被処理水３は、連結管４を通じて活性汚泥槽２の内部に連続的に移動する。活性汚泥槽２に送入された被処理水３は、活性汚泥槽２内部の被処理水３に保持された好気性微生物により更に浄化される。具体的には、活性汚泥槽２では酸素供給部２００が稼働しており、活性汚泥槽２の内部の被処理水３に対して空気を連続的又は間欠的に供給している。そのため、好気性微生物の好気呼吸により、被処理水３に残存する有機物を酸化分解している。なお、活性汚泥槽２の被処理水３に保持されている好気性微生物は、酸素に基づく代謝機構を備えた微生物であり、被処理水３中の有機物を分解できるならば特に限定されない。好気性微生物としては、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。
【００７５】
微生物燃料電池槽１及び活性汚泥槽２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、活性汚泥槽２の流出口６から外部に排出される。
【００７６】
ここで、液体処理システムＡにおいて、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された被処理水３中の有機物の濃度に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。つまり、制御部２１０は、活性汚泥槽２に流入する被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも高い場合には、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を増加し、活性汚泥槽２の有機物処理能力を上げる制御を行う。逆に、制御部２１０は、活性汚泥槽２に流入する被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を減少させ、活性汚泥槽２の有機物処理能力を下げる制御を行う。
【００７７】
具体的には、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部２２０により測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部２１０は記憶部を備えており、記憶部には、活性汚泥槽２に流入する被処理水３中の有機物の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、酸素供給部２００が通常運転を行う有機物濃度の範囲であり、通常運転では、所定量の酸素が被処理水３に供給される。なお、通常運転範囲の上限値及び下限値は、活性汚泥槽２の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００７８】
そして、このような液体処理システムＡが稼働した場合、酸素供給部２００は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水３に供給する。第一の有機物濃度測定部２２０は、活性汚泥槽２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２２０は、測定した有機物濃度を制御部２１０に送信する。測定結果を受信した制御部２１０は、図４に示すように、被処理水３中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の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）。被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部２００は通常運転を継続する。
【００７９】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部２１０は、有機物の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）。
【００８０】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部２１０は、酸素供給部２００の圧縮機１１４と電気的に接続されており、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
【００８１】
逆に、ステップＳ２において、被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部２１０は、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。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、活性汚泥槽２の処理能力を低下させても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも減少することから、圧縮機１１４を稼働させる電力を削減することが可能となる。
【００８２】
このように、本実施形態の液体処理システムＡは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水３に接触する負極２０と、負極２０と電気的に接続された正極１０とを有する微生物燃料電池槽１を備える。液体処理システムＡは、さらに、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられ、被処理水３に酸素を供給する酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２を備える。液体処理システムＡは、さらに、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられ、活性汚泥槽２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２２０と、酸素供給部２００を制御する制御部２１０とを備える。制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。このように、被処理水３中の有機物濃度が上昇して、除去すべき有機物が増加した場合でも、被処理水３に供給する酸素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。
【００８３】
制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を多くする制御を行うことが好ましい。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を減らす制御を行うことが好ましい。このように、有機物濃度が高まったときに酸素供給量を増やし、有機物濃度が低下したときに酸素供給量を減らすことにより、酸素供給部２００の負荷を低減し、酸素供給部２００でのエネルギー消費を抑制することが可能となる。
【００８４】
［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。
【００８５】
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、電極カセット１００を有する微生物燃料電池槽１と、微生物燃料電池槽１よりも下流側に配置され、酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２とを備えている。液体処理システムＢは、さらに、活性汚泥槽２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２２０と、酸素供給部２００を制御する制御部２１０とを備えている。制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０及び酸素供給部２００と電気的に接続されている。
【００８６】
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。そして、外部回路６０によって、正極１０及び負極２０の間で生じた電気エネルギーを回収している。図５に示すように、外部回路６０は制御部２１０と電気的に接続されている。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２１０に送信する機能を有する。
【００８７】
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２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
【００８８】
ここで、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、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。ただ、電極カセット１００で分解することが可能な有機物量には限界があることから、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、微生物燃料電池槽１で処理しきれない有機物が増加する。そして、第一の有機物濃度測定部２２０で測定される有機物濃度も高まることから、活性汚泥槽２の処理能力を高める必要がある。
【００８９】
そのため、本実施形態の液体処理システムＢは、外部回路６０で測定した正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、上述のように、制御部２１０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２１０は記憶部を備えており、記憶部には、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、酸素供給部２００が通常運転を行う電流値及び電圧値の範囲であり、通常運転では、所定量の酸素が被処理水３に供給される。なお、通常運転範囲の上限値及び下限値は、活性汚泥槽２の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００９０】
そして、このような液体処理システムＢが稼働した場合、酸素供給部２００は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水３に供給する。外部回路６０は、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２１０に送信する。測定結果を受信した制御部２１０は、図６に示すように、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／又は電圧値が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部２００は通常運転を継続する。
【００９１】
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２１０は、有機物の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）。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、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部２１０は、酸素供給部２００の圧縮機１１４と電気的に接続されており、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
【００９２】
逆に、ステップＳ２において、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、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部２１０は、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも減少することから、圧縮機１１４を稼働させる電力を削減することが可能となる。
【００９３】
このように、本実施形態の液体処理システムＢは、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定する外部回路６０をさらに備えている。そして、制御部２１０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の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た場合でも、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度及び外部回路６０で測定された電流値及び／又は電圧値に基づき、被処理水３に供給する酸素量を適切に調整することができる。そのため、液体処理システムＢから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。
【００９４】
なお、液体処理システムＢ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、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整している。ただ、本実施形態は、このような態様に限定されず、正極１０におけるカソード電位及び／又は負極２０におけるアノード電位に基づき、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整してもよい。
【００９５】
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は負にシフトする。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、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の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。
【００９６】
［第三実施形態］
次に、第三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、第一実施形態及び第二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。
【００９７】
本実施形態の液体処理システムＣは、図７に示すように、第一実施形態と同様に、電極カセット１００を有する微生物燃料電池槽１と、微生物燃料電池槽１よりも下流側に配置され、酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２とを備えている。液体処理システムＣは、さらに、活性汚泥槽２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２２０と、酸素供給部２００を制御する制御部２１０とを備えている。
【００９８】
本実施形態の液体処理システムＣ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二の有機物濃度測定部２２１と、活性汚泥槽２の下流側に設けられた第三の有機物濃度測定部２２２とをさらに備えている。
【００９９】
具体的には、第二の有機物濃度測定部２２１は、微生物燃料電池槽１の流入口５に設けることができる。第二の有機物濃度測定部２２１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、第三の有機物濃度測定部２２２は、活性汚泥槽２の流出口６に設けることができる。第三の有機物濃度測定部２２２は、連続的又は断続的に活性汚泥槽２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。第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２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。第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２は、制御部２１０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２１０に送信する機能を有する。
【０１００】
本実施形態の液体処理システムＣも、第一実施形態と同様に、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
【０１０１】
ここで、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、微生物燃料電池槽１及び活性汚泥槽２のいずれか一方の処理能力を高める必要がある。ただ、微生物燃料電池槽１では、負極２０に担持された嫌気性微生物により有機物を分解しているため、微生物燃料電池槽１の処理能力を即座に高めることは困難である。また、活性汚泥槽２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、液体処理システムＣでの処理が不十分であることから、微生物燃料電池槽１及び活性汚泥槽２のいずれか一方の処理能力を高める必要がある。ただ、上述のように、微生物燃料電池槽１の処理能力を即座に高めることは困難である。
【０１０２】
そのため、本実施形態の液体処理システムＣは、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、上述のように、制御部２１０は、第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２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２１０に送信する機能を有する。制御部２１０は、第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２により測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部２１０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２２１に対応した所定値と、第三の有機物濃度測定部２２２に対応した所定値とが記憶されている。
【０１０３】
そして、このような液体処理システムＣが稼働した場合、第二の有機物濃度測定部２２１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。第三の有機物濃度測定部２２２は、連続的又は断続的に活性汚泥槽２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。第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２は、測定した有機物濃度を制御部２１０に送信する。
【０１０４】
第二の有機物濃度測定部２２１による測定結果を受信した制御部２１０は、当該測定値と第二の有機物濃度測定部２２１に対応した所定値とを比較する。そして、当該測定値が所定値を超える場合には、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と判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。具体的には、制御部２１０は、酸素供給部２００の圧縮機１１４と電気的に接続されており、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
【０１０５】
同様に、第三の有機物濃度測定部２２２による測定結果を受信した制御部２１０は、当該測定値と第三の有機物濃度測定部２２２に対応した所定値とを比較する。そして、当該測定値が、第三の有機物濃度測定部２２２に対応した所定値を超える場合には、微生物燃料電池槽１及び活性汚泥槽２での有機物の処理が不十分と判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。具体的には、制御部２１０は、酸素供給部２００の圧縮機１１４と電気的に接続されており、圧縮機１１４に対して圧送する空気量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。
【０１０６】
このように、本実施形態の液体処理システムＣは、微生物燃料電池槽１の上流側に設けられる第二の有機物濃度測定部２２１と、活性汚泥槽２の下流側に設けられる第三の有機物濃度測定部２２２とをさらに備える。第二の有機物濃度測定部２２１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測定する。第三の有機物濃度測定部２２２は、活性汚泥槽２から流出する被処理水３中の有機物の濃度を測定する。制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部で測定された有機物の濃度と、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された有機物の濃度とに応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行う。また、制御部は、第二の有機物濃度測定部２２１及び第三の有機物濃度測定部２２２の少なくとも一方で測定された有機物の濃度が所定値を超えている場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、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でも、活性汚泥槽２により有機物を酸化分解することができるため、液体処理システムＣから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。また、活性汚泥槽２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でも、活性汚泥槽２の処理能力を即座に上げることができるため、液体処理システムＣから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。
【０１０７】
上述のように、本実施形態の液体処理システムは、微生物燃料電池槽１と、活性汚泥槽２と、第一の有機物濃度測定部２２０と、酸素供給部２００を制御する制御部２１０とを備えている。ただ、液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第二の有機物濃度測定部２２１のみを備えるような構成であってもよい。また、液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第三の有機物濃度測定部２２２のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第一の有機物濃度測定部２２０及び第二の有機物濃度測定部のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第一の有機物濃度測定部２２０及び第三の有機物濃度測定部２２２のみを備えるような構成であってもよい。液体処理システムは、有機物濃度測定部として、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部２２２のみを備えるような構成であってもよい。そして、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部、第二の有機物濃度測定部及び第三の有機物濃度測定部からなる群より選ばれる少なくとも一つで測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部から被処理水に供給される酸素の量を調整する制御を行ってもよい。これらの構成であっても、被処理水中の有機物の濃度が上昇した場合、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。
【０１０８】
［第四実施形態］
次に、第四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、第一実施形態乃至第三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。
【０１０９】
本実施形態の液体処理システムＤは、図８に示すように、第一実施形態と同様に、電極カセット１００を有する微生物燃料電池槽１と、微生物燃料電池槽１よりも下流側に配置され、酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２とを備えている。液体処理システムＤは、さらに、活性汚泥槽２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２２０と、酸素供給部２００を制御する制御部２１０とを備えている。
【０１１０】
本実施形態の液体処理システムＤ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る第一の流量調整部２３０と、微生物燃料電池槽１と活性汚泥槽２との間に設けられる第二の流量調整部２３１をさらに備える。第一の流量調整部２３０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。また、第二の流量調整部２３１は、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する。第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１は、制御部２１０と電気的に接続されており、制御部２１０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。第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１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。
【０１１１】
本実施形態の液体処理システムＤも、第一実施形態と同様に、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を調整する制御を行う。具体的には、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも多くする制御を行う。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。
【０１１２】
ここで、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量が低下した場合、被処理水３は、活性汚泥槽２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中の有機物と好気性微生物との接触性が高まるため、好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。
【０１１３】
そのため、本実施形態の液体処理システムＤは、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、液体処理システムＤが稼働した場合、酸素供給部２００は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水３に供給する。また、第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１も開状態であり、所定量の被処理水３が流通する。第一の有機物濃度測定部２２０は、活性汚泥槽２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２２０は、測定した有機物濃度を制御部２１０に送信する。測定結果を受信した制御部２１０は、図９に示すように、被処理水３中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の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）。被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部２００は通常運転を継続し、第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１も開状態を維持する。
【０１１４】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部２１０は、有機物の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）。
【０１１５】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも増やす制御を行う。さらに、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部２１０は、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１に対して、被処理水３の流量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも多くなることから、好気性微生物が活性化し、有機物の酸化分解を促進することが可能となる。さらに、活性汚泥槽２の内部への被処理水３の流入量が減少し、被処理水３の滞留時間が長くなるため、被処理水３中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。
【０１１６】
逆に、ステップＳ２において、被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、酸素供給部２００から被処理水３に供給される酸素の量を通常運転時よりも減らす制御を行う。さらに、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部２１０は、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１に対して、被処理水３の流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、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を増やしても、十分に浄化された水が排出される。そのため、液体処理システムＤによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。また、活性汚泥槽２の被処理水３への酸素供給量が通常運転時よりも減少させた場合には、圧縮機１１４を稼働させる電力を削減することが可能となる。
【０１１７】
このように、本実施形態の液体処理システムＤは、微生物燃料電池槽１の上流側、及び微生物燃料電池槽１と活性汚泥槽２との間の少なくとも一方に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部２３０，２３１をさらに備える。そして、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部２３０，２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する制御を行う。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部２３０，２３１により被処理水３の流量を少なくする制御を行うことが好ましい。このような構成により、被処理水３の有機物濃度が高い場合には、活性汚泥槽２の内部への被処理水３の流入量が減少し、被処理水３の滞留時間が長くなる。そのため、被処理水３中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部２３０，２３１により被処理水３の流量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、液体処理システムＤによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【０１１８】
［第五実施形態］
次に、第五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、第一実施形態乃至第四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。
【０１１９】
本実施形態の液体処理システムは、図８に示す第四実施形態と同様に、電極カセット１００を有する微生物燃料電池槽１と、微生物燃料電池槽１よりも下流側に配置され、酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２とを備えている。液体処理システムは、さらに、活性汚泥槽２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２２０と、制御部２１０とを備えている。
【０１２０】
本実施形態の液体処理システムは、第四実施形態と同様に、微生物燃料電池槽１の上流側に設けられる第一の流量調整部２３０と、微生物燃料電池槽１と活性汚泥槽２との間に設けられる第二の流量調整部２３１をさらに備える。第一の流量調整部２３０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。また、第二の流量調整部２３１は、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する。第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１は、制御部２１０と電気的に接続されており、制御部２１０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。第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１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。
【０１２１】
ここで、上述のように、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量が低下した場合、被処理水３は、活性汚泥槽２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中の有機物と好気性微生物との接触性が高まるため、好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。
【０１２２】
そのため、本実施形態の液体処理システムは、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、液体処理システムが稼働した場合、酸素供給部２００は通常運転を行い、所定量の酸素を被処理水３に供給する。また、第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１も開状態であり、所定量の被処理水３が流通する。第一の有機物濃度測定部２２０は、活性汚泥槽２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２２０は、測定した有機物濃度を制御部２１０に送信する。測定結果を受信した制御部２１０は、図１０に示すように、被処理水３中の有機物の濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物の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）。被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲内である場合には、酸素供給部２００は通常運転を継続し、第一の流量調整部２３０及び第二の流量調整部２３１も開状態を維持する。
【０１２３】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部２１０は、有機物の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）。
【０１２４】
被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、第一及び／又は第二の流量調整部により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を減らす制御を行う。具体的には、制御部２１０は、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１に対して、被処理水３の流量を通常運転時よりも減らす指令を送信する（ステップＳ３）。その結果、活性汚泥槽２の内部への被処理水３の流入量が減少し、被処理水３の滞留時間が長くなるため、被処理水３中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。
【０１２５】
逆に、ステップＳ２において、被処理水３中の有機物の濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、第一及び／又は第二の流量調整部により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を増やす制御を行う。具体的には、制御部２１０は、第一の流量調整部２３０及び／又は第二の流量調整部２３１に対して、被処理水３の流量を通常運転時よりも増やす指令を送信する（ステップＳ４）。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、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を増やしても、十分に浄化された水が排出される。そのため、液体処理システムによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【０１２６】
このように、本実施形態の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３に接触する負極２０と、負極２０と電気的に接続された正極１０とを有する微生物燃料電池槽１を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられ、被処理水３に酸素を供給する酸素供給部２００を有する活性汚泥槽２を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられ、活性汚泥槽２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２２０を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽１の上流側、及び微生物燃料電池槽１と活性汚泥槽２との間の少なくとも一方に設けられ、被処理水３の流量を調整する流量調整部２３０，２３１と、流量調整部２３０，２３１を制御する制御部２１０とを備える。制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部２３０，２３１により、活性汚泥槽２に流入する被処理水３の流量を調整する制御を行う。このように、被処理水３中の有機物濃度が上昇して、除去すべき有機物が増加した場合でも、活性汚泥槽２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。
【０１２７】
制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部２３０，２３１により被処理水３の流量を少なくする制御を行うことが好ましい。このような構成により、被処理水３の有機物濃度が高い場合には、活性汚泥槽２の内部への被処理水３の流入量が減少し、被処理水３の滞留時間が長くなる。そのため、被処理水３中の有機物と好気性微生物との接触性が高まり、有機物を効率的に酸化分解することが可能となる。また、制御部２１０は、第一の有機物濃度測定部２２０で測定された有機物の濃度が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部２３０，２３１により被処理水３の流量を多くする制御を行うことが好ましい。これにより、液体処理システムＤによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【０１２８】
［第六実施形態］
次に、第六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、第一実施形態乃至第五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。
【０１２９】
第一実施形態乃至第五実施形態の液体処理システムにおいて、酸素供給部２００は、散気部材１１１、酸素供給部材１１２、配管１１３及び圧縮機１１４を備える散気装置１１０からなる。ただ、酸素供給部２００はこのような構成に限定されず、例えば酸素供給カセット１２０と、酸素量調整部１３０とを備えるような構成であってもよい。酸素供給カセット１２０は、活性汚泥槽２に移動した被処理水３に酸素を供給し、好気性微生物の好気呼吸を促進する。
【０１３０】
具体的には、図１１、図１２及び図１３に示すように、酸素供給カセット１２０は、二枚の撥水層１２１とスペーサー部材１２２とを積層してなるものである。撥水層１２１及びスペーサー部材１２２は、上述の電極カセット１００における撥水層１１及びスペーサー部材５０と同じものを使用することができる。そして、図１３に示すように、スペーサー部材１２２の側面１２２ａは、撥水層１２１の面１２１ａの外周部と接合されている。そのため、活性汚泥槽２の内部に保持された被処理水３とスペーサー部材１２２の内部とは隔てられ、撥水層１２１及びスペーサー部材１２２により内部空間１４０が形成されている。そして、液体処理システムＥでは、この内部空間１４０に、酸素量調整部１３０によって外部から空気が送入される。そして、内部空間１４０の空気（酸素）は、撥水層１２１を透過して、被処理水３に供給される。
【０１３１】
酸素供給カセット１２０において、撥水層１２１における被処理水３側の表面には、好気性微生物が担持されている。ただ、被処理水３中の有機物の分解をより促進する観点から、酸素供給カセット１２０における撥水層１２１上に、好気性微生物を保持する保持体１２３が重ねられていることが好ましい。さらに、保持体１２３は、撥水層１２１における被処理水３側の表面に積層されていることが好ましい。保持体１２３を使用することにより、保持体１２３において好気性微生物を効率的に増殖させ、好気性微生物の酸化分解反応を促進することが可能となる。また、保持体１２３は酸素透過性を有する撥水層１２１の表面に設けられているため、撥水層１２１を通じて好気性微生物へ酸素を充分に供給することができる。
【０１３２】
保持体１２３としては、例えば不織布状又はスポンジ状の構造体を使用することができる。保持体１２３は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリウレタン及びポリビニルアルコールからなる群より選ばれる一種以上の材料から作製することができる。
【０１３３】
酸素供給カセット１２０の上端には、内部空間１４０へ送入される酸素量（空気量）を調整する酸素量調整部１３０が取り付けられている。酸素量調整部１３０の構成は、内部空間１４０への酸素量を制御できれば特に限定されない。酸素量調整部１３０としては、例えば図１４に示す構成とすることができる。
【０１３４】
具体的には、図１４（ａ）に示すように、酸素供給カセット１２０は、内部空間１４０と外部空間とを連通する開口部１４１を有している。また、酸素量調整部１３０は、開口部１４１を開閉する蓋部１３１を有している。そして、制御部２１０からの指令により、蓋部１３１を稼働する。蓋部１３１が稼働して開口部１４１を閉じることによって、内部空間１４０に供給される酸素量を下げることができる。また、蓋部１３１が稼働して開口部１４１を開けることによって、空気が内部空間１４０に流入し、内部空間１４０に供給される酸素量を高めることができる。
【０１３５】
酸素量調整部１３０は、図１４（ｂ）に示すように、内部空間１４０における酸素の圧力を変化させる機構とすることができる。つまり、酸素量調整部１３０は、酸素（空気）が溜められたタンク１３２と、タンク１３２及び内部空間１４０を繋ぎ、タンク１３２内の酸素を内部空間１４０に供給する供給部１３３とを有する。そして、制御部２１０により供給部１３３を制御し、タンク１３２から内部空間１４０への酸素供給量を調整することができる。なお、供給部１３３としては、圧縮空気用の電磁弁又は電動弁を使用することができる。
【０１３６】
また、酸素量調整部１３０は、図１４（ｃ）に示すように、内部空間１４０に酸素を供給するブロアー１３４を有する構成とすることができる。制御部２１０によりブロアー１３４を制御することで、内部空間１４０に供給する酸素の流速を変化させ、酸素供給量を調整することが可能となる。
【０１３７】
このように、液体処理システムの酸素供給部２００は、散気装置１１０に限定されず、例えば酸素供給カセット１２０を用いた構成とすることができる。
【０１３８】
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】
【０１３９】
１  微生物燃料電池槽
２  活性汚泥槽
３  被処理水
１０  正極
２０  負極
２００  酸素供給部
２１０  制御部
２２０  第一の有機物濃度測定部
２２１  第二の有機物濃度測定部
２２２  第三の有機物濃度測定部
２３０，２３１  流量調整部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ  液体処理システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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