(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，Ｂ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、被処理水が流入する流入口４及び被処理水が流出する流出口５が設けられた微生物燃料電池槽１を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽の流入口に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部１１０と、流量調整部を制御する制御部１２０とを備える。制御部は、正極と負極との間の電流値及び電圧値、並びに正極における電位値及び負極における電位値のいずれか一つに応じて、流量調整部により被処理水の流量を調整する制御を行う。【選択図】図２
2020099850.tif 000002
【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、前記被処理水が流入する流入口及び前記被処理水が流出する流出口が設けられた微生物燃料電池槽と、
前記微生物燃料電池槽の前記流入口に設けられ、前記被処理水の流量を調整する流量調整部と、
前記流量調整部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つに応じて、前記流量調整部により前記被処理水の流量を調整する制御を行う、液体処理システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を超えている場合に、前記流量調整部により前記被処理水の流量を少なくする制御を行う、請求項１に記載の液体処理システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記正極と前記負極との間の電流値及び電圧値、並びに前記正極における電位値及び前記負極における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を下回る場合に、前記流量調整部により前記被処理水の流量を多くする制御を行う、請求項１又は２に記載の液体処理システム。
【請求項４】
前記微生物燃料電池槽の前記流入口に設けられ、前記微生物燃料電池槽に流入する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部と、
前記微生物燃料電池槽の前記流出口に設けられ、前記微生物燃料電池槽から流出する前記被処理水中の前記有機物の濃度を測定する第二の有機物濃度測定部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第一の有機物濃度測定部及び前記第二の有機物濃度測定部の少なくとも一方で測定された前記有機物の濃度に応じて、前記流量調整部により前記被処理水の流量を調整する制御を行う、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体処理システム。
【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。
【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、本発明の態様に係る液体処理システムは、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水に接触する負極と、負極と電気的に接続された正極とを備え、被処理水が流入する流入口及び被処理水が流出する流出口が設けられた微生物燃料電池槽を備える。液体処理システムは、さらに、微生物燃料電池槽の流入口に設けられ、被処理水の流量を調整する流量調整部と、流量調整部を制御する制御部と、を備える。制御部は、正極と負極との間の電流値及び電圧値、並びに正極における電位値及び負極における電位値のいずれか一つに応じて、流量調整部により被処理水の流量を調整する制御を行う。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【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、微生物燃料電池槽へ流入する被処理水の流量の制御を説明するためのフローチャートである。
【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、微生物燃料電池槽へ流入する被処理水の流量の制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
［第一実施形態］
本実施形態に係る液体処理システムＡは、図１に示すように、廃水としての被処理水３を保持する微生物燃料電池槽１を備えている。そして、被処理水３は、有機物を含んでいる。微生物燃料電池槽１には電極カセット１００が設けられており、電極カセット１００は微生物燃料電池槽１の内部で被処理水３に浸漬するように配置される。微生物燃料電池槽１は、電気生産細菌である嫌気性微生物の作用により、有機物を分解しつつ電気エネルギーを生産する槽である。
【００１６】
微生物燃料電池槽１は略直方体状の容器であり、微生物燃料電池槽１の前壁１ａの上部には、被処理水３を微生物燃料電池槽１に供給するための流入口４が設けられている。また、微生物燃料電池槽１の後壁１ｂの上部には、処理後の被処理水３を微生物燃料電池槽１から排出するための流出口５が設けられている。そして、被処理水３は、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１の内部に連続的に供給される。微生物燃料電池槽１に供給された被処理水３は、電極カセット１００に接触しながら流れ、その後、流出口５から排出される。
【００１７】
〔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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
＜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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
＜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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
〔外部回路〕
図１及び図２に示すように、正極１０及び負極２０には、外部回路６０が電気的に接続されている。後述するように、負極２０に担持された微生物の触媒作用により、被処理水３中の有機物が分解されて電子が生成する。負極２０で生成した電子は外部回路６０へ移動し、さらに外部回路６０から正極１０に移動する。このとき、外部回路６０によって、閉回路に流れる電気エネルギーを回収することができる。また、外部回路６０は、正極１０と負極２０の間の電流値及び電圧値の少なくとも一方を測定し、その測定結果を制御部１２０に送信する機能を有する。
【００６０】
〔流量調整部〕
図１及び図２に示すように、液体処理システムＡは、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられる流量調整部１１０を備える。流量調整部１１０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を調整する。流量調整部１１０は、制御部１２０に電気的に接続されており、制御部１２０からの指令に基づき、被処理水３の流量を増加又は減少させる制御を行う。流量調整部１１０の構成は特に限定されないが、例えば電動弁又は電磁弁を用いることができる。
【００６１】
〔制御部〕
液体処理システムＡは、流量調整部１１０を制御する制御部１２０を備えている。図１及び図２に示すように、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられた流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０の作動状態を制御する。また、制御部１２０は、外部回路６０と電気的に接続されており、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値を受信する。なお、制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びハードディスクからなる群より選ばれる少なくとも一つを備える。
【００６２】
次に、本実施形態の液体処理システムＡの動作について説明する。まず、有機物を含有する被処理水３を微生物燃料電池槽１に送入する。そして、図１及び図２に示すように、正極１０及び負極２０を備える電極カセット１００を被処理水３に浸漬させる。この場合、正極１０のガス拡散層１２及び負極２０が被処理水３に浸漬し、撥水層１１の少なくとも一部が気相Ｇに露出する。
【００６３】
液体処理システムＡの稼働時には、微生物燃料電池槽１の流入口４を通じて、負極２０に被処理水３を連続的に供給し、正極１０に空気を供給する。この際、空気は、スペーサー部材５０の上部に設けられた開口部を通じて連続的に供給される。
【００６４】
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。
【００６５】
微生物燃料電池槽１で処理された被処理水３は、有機物の濃度が大きく減少し、微生物燃料電池槽１の流出口５から外部に排出される。
【００６６】
ここで、液体処理システムＡにおいて、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。つまり、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が高まった場合、負極２０で分解される有機物量が増加するため、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値も増加する。そのため、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値が通常よりも増加した場合、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物濃度が高まったと判断し、被処理水３の流量を減少させる制御を行う。微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量が減少した場合、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、嫌気性微生物により有機物を効率的に酸化分解することができる。逆に、外部回路６０で測定される電流値及び／又は電圧値が通常よりも減少した場合、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物濃度が低下したと判断し、被処理水３の流量を増加する。これにより、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【００６７】
具体的には、制御部１２０は、外部回路６０と電気的に接続されており、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、外部回路６０により測定した電流値及び／又は電圧値に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。なお、電流値及び電圧値に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００６８】
そして、このような液体処理システムＡが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。外部回路６０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び／又は電圧値を、連続的又は断続的に測定する。外部回路６０は、測定した電流値及び／又は電圧値を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図４に示すように、測定した電流値及び／又は電圧値と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。電流値及び電圧値が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。
【００６９】
外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、電流値及び電圧値と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。
【００７０】
外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。
【００７１】
逆に、ステップＳ２において、外部回路６０で測定した電流値及び／又は電圧値が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【００７２】
上述のように、液体処理システムＡでは、外部回路６０で測定した電流値及び電圧値の少なくとも一方に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整している。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、正極１０における電位値（カソード電位値）及び／又は負極２０における電位値（アノード電位値）に基づき、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整してもよい。
【００７３】
微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が高まった場合、負極２０で分解される有機物量が増加することから、負極２０におけるアノード電位が負にシフトする。アノード電位が負にシフトした場合、負極２０と電気的に接続された正極１０におけるカソード電位は正にシフトする。逆に、微生物燃料電池槽１に送入された被処理水３中の有機物濃度が低下した場合、負極２０で分解される有機物量が減少することから、負極２０におけるアノード電位は正にシフトする。アノード電位が正にシフトした場合、正極１０におけるカソード電位は負にシフトする。そのため、正極１０におけるカソード電位及び／又は負極２０におけるアノード電位に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行ってもよい。正極１０におけるカソード電位及び負極２０におけるアノード電位は、電位計を用いて測定することができる。電位計は銀−塩化銀電極のような参照電極を備えており、参照電極を被処理水３に浸漬させ、正極１０及び負極２０を作用電極とすることで、正極１０及び負極２０の電位を測定することができる。
【００７４】
具体的には、制御部１２０は、電位計と電気的に接続されており、電位計により測定したカソード電位値を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、電位計により測定したカソード電位値に対応した通常運転範囲が記憶されている。なお、カソード電位値に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００７５】
そして、このような液体処理システムＡが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。電位計はカソード電位値を連続的又は断続的に測定し、測定したカソード電位値を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図４に示すように、測定したカソード電位値と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、カソード電位値が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。カソード電位値が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。
【００７６】
電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、カソード電位値と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。
【００７７】
電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも高いと判断し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。逆に、電位計で測定したカソード電位値が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。
【００７８】
このように、本実施形態の液体処理システムＡは、負極２０と、負極２０と電気的に接続された正極１０とを備え、被処理水３が流入する流入口４及び被処理水３が流出する流出口５が設けられた微生物燃料電池槽１を備える。負極２０は、嫌気性微生物を保持し、かつ、有機物を含む被処理水３に接触する。液体処理システムＡは、さらに、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、被処理水３の流量を調整する流量調整部１１０と、流量調整部１１０を制御する制御部１２０とを備える。制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つに応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。これにより、被処理水３中の有機物濃度が上昇して、液体処理システムＡで除去すべき有機物が増加した場合でも、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を適切に調整することで、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
【００７９】
制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。これにより、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量が増え、排出される水の処理水質を高く維持することが可能となる。
【００８０】
制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値、並びに正極１０における電位値及び負極２０における電位値のいずれか一つが通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。これにより、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＡによる被処理水３の処理量を高め、被処理水３を効率的に浄化することが可能となる。
【００８１】
なお、本実施形態の液体処理システムＡは、上述のように、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整している。そのため、微生物燃料電池槽１の上流側に、被処理水３を一時的に貯留するための予備タンクを設けてもよい。このような予備タンクを設けることにより、予備タンクがバッファーとして作用し、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３の流量を適切に増加又は減少させることが可能となる。
【００８２】
［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。
【００８３】
本実施形態の液体処理システムＢは、図５に示すように、第一実施形態と同様に、被処理水３を保持する微生物燃料電池槽１を備えている。微生物燃料電池槽１には電極カセット１００が設けられており、電極カセット１００は微生物燃料電池槽１の内部で被処理水３に浸漬するように配置される。液体処理システムＢは、さらに、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、制御部１２０からの指令に基づき、被処理水３の流量を増加又は減少させる流量調整部１１０を備える。液体処理システムＢは、さらに、正極１０及び負極２０と電気的に接続された外部回路６０を備えている。
【００８４】
本実施形態の液体処理システムＢも、第一実施形態と同様に、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び／又は電圧値に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。また、制御部１２０は、正極１０と負極２０との間の電流値及び電圧値のいずれか一方が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。また、第一実施形態と同様に、制御部１２０は、カソード電位値に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。具体的には、制御部１２０は、カソード電位値が通常運転範囲を超えている場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を少なくする制御を行う。また、制御部１２０は、カソード電位値が通常運転範囲を下回る場合に、流量調整部１１０により被処理水３の流量を多くする制御を行う。
【００８５】
本実施形態の液体処理システムＢは、第一実施形態の液体処理システムＡに対して、微生物燃料電池槽１の上流側に設けられた第一の有機物濃度測定部１３０と、微生物燃料電池槽１の下流側に設けられた第二の有機物濃度測定部１４０とをさらに備えている。
【００８６】
具体的には、第一の有機物濃度測定部１３０は、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けることができる。第一の有機物濃度測定部１３０は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を測定する。また、第二の有機物濃度測定部１４０は、微生物燃料電池槽１の流出口５に設けることができる。第二の有機物濃度測定部１４０は、連続的又は断続的に微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物の濃度を測定する。第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０の構成は、被処理水３中の有機物の濃度が測定できるならば特に限定されないが、例えばＵＶ式有機物計を用いることができる。ＵＶ式有機物計は、紫外線吸光度により、被処理水３中の有機物の濃度を測定する機器である。第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０は、制御部１２０と電気的に接続されており、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する機能を有する。
【００８７】
ここで、流入口４を通じて微生物燃料電池槽１に送入される被処理水３中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、処理すべき有機物が増えることから、微生物燃料電池槽１の処理能力を高める必要がある。そのため、本実施形態の液体処理システムＢは、第一の有機物濃度測定部１３０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。
【００８８】
具体的には、制御部１２０は、第一の有機物濃度測定部１３０と電気的に接続されており、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。なお、有機物濃度に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００８９】
そして、このような液体処理システムＢが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１に流入する。第一の有機物濃度測定部１３０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第一の有機物濃度測定部１３０は、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図６に示すように、測定した有機物濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。有機物濃度が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１に流し続ける。
【００９０】
第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、有機物濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。
【００９１】
第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。
【００９２】
逆に、ステップＳ２において、第一の有機物濃度測定部１３０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＢによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【００９３】
ここで、流出口５を通じて微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物濃度が通常よりも高まった場合、有機物の分解が不十分であることから、微生物燃料電池槽１の処理能力を高める必要がある。そのため、液体処理システムＢは、第二の有機物濃度測定部１４０で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。
【００９４】
具体的には、制御部１２０は、第二の有機物濃度測定部１４０と電気的に接続されており、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度を受信する。そして、制御部１２０は記憶部を備えており、記憶部には、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度に対応した通常運転範囲が記憶されている。通常運転範囲は、流量調整部１１０が被処理水３を通常の流量で流す範囲であり、通常運転では、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１から排出される。なお、有機物濃度に対応する通常運転範囲の上限値及び下限値は、電極カセット１００による有機物の処理能力に応じて、適宜設定することができる。
【００９５】
そして、このような液体処理システムＢが稼働した場合、流量調整部１１０は通常の流量で被処理水３を流し、所定量の被処理水３が微生物燃料電池槽１から排出される。第二の有機物濃度測定部１４０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３中の有機物の濃度を、連続的又は断続的に測定する。第二の有機物濃度測定部１４０は、測定した有機物濃度を制御部１２０に送信する。測定結果を受信した制御部１２０は、図６に示すように、測定した有機物濃度と記憶部に記憶された通常運転範囲とを比較し、有機物濃度が通常運転範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１）。有機物濃度が通常運転範囲内である場合には、流量調整部１１０は所定量の被処理水３を微生物燃料電池槽１から流し続ける。
【００９６】
第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲外である場合には、制御部１２０は、有機物濃度と通常運転範囲の上限値及び下限値とを比較する（ステップＳ２）。
【００９７】
第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の上限値を超えている場合には、制御部１２０は、有機物濃度が通常よりも高いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３を通常運転時よりも減らす制御を行う（ステップＳ３）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０と電気的に接続されており、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも減らす指令を送信する。その結果、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３が通常運転時よりも減少することから、被処理水３は、微生物燃料電池槽１の内部に滞留する時間が長くなる。滞留時間が長くなることにより、被処理水３中の有機物と嫌気性微生物との接触性が高まるため、有機物の分解量を増やすことが可能となる。
【００９８】
逆に、ステップＳ２において、第二の有機物濃度測定部１４０で測定した有機物濃度が通常運転範囲の下限値を下回る場合には、制御部１２０は、有機物の濃度が通常よりも低いと判断する。そして、制御部１２０は、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３を通常運転時よりも増やす制御を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部１２０は、流量調整部１１０に対して、流通させる被処理水３の量を通常運転時よりも増やす指令を送信する。被処理水３中の有機物の濃度が通常よりも低い場合には、流通させる被処理水３の量を増やしても、十分に浄化された水が外部に排出される。そして、微生物燃料電池槽１から排出される被処理水３が通常運転時よりも増加することから、液体処理システムＢによる被処理水３の処理量を高めることが可能となる。
【００９９】
このように、本実施形態の液体処理システムＢは、微生物燃料電池槽１の流入口４に設けられ、微生物燃料電池槽１に流入する被処理水３中の有機物の濃度を測定する第一の有機物濃度測定部１３０をさらに備える。また、液体処理システムＢは、微生物燃料電池槽１の流出口５に設けられ、微生物燃料電池槽１から流出する被処理水３中の有機物の濃度を測定する第二の有機物濃度測定部１４０をさらに備える。そして、制御部１２０は、第一の有機物濃度測定部１３０及び第二の有機物濃度測定部１４０の少なくとも一方で測定された有機物の濃度に応じて、流量調整部１１０により被処理水３の流量を調整する制御を行う。液体処理システムＢは、正極と負極との間の電流値及び電圧値、並びに正極における電位値及び負極における電位値のいずれか一つに加えて、流入する被処理水中の有機物濃度及び／又は排出される被処理水中の有機物濃度に応じて、被処理水の流量を調整している。そのため、有機物濃度測定部での測定結果に応じて、微生物燃料電池槽１での被処理水３の滞留時間をより適切に調整し、排出される被処理水３の処理水質を高く維持することが可能となる。
【０１００】
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】
【０１０１】
１  微生物燃料電池槽
３  被処理水
４  流入口
５  流出口
１０  正極
２０  負極
１１０  流量調整部
１２０  制御部
１３０  第一の有機物濃度測定部
１４０  第二の有機物濃度測定部
Ａ，Ｂ  液体処理システム
【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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