(57)【要約】【課題】長期間安定した高効率発電を維持する微生物発電方法を提供する。【解決手段】負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接するエアーカソードを有する正極室とからなる単位セルが複数個積層された微生物発電装置を用いた微生物発電方法において、一部の単位セルの負極室にアルカリを含む洗浄液を導入して洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする微生物発電方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接するエアーカソードを有する正極室とからなる単位セルが複数個積層された微生物発電装置を用いた微生物発電方法において、一部の単位セルの負極室にアルカリを含む洗浄液を導入して洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする微生物発電方法。
【請求項２】
請求項１において、該アルカリを含む洗浄液のｐＨが１０以上であることを特徴とする微生物発電方法。
【請求項３】
請求項１または２において、該負極室にアルカリを含む洗浄液を導入する前に、酸を含む洗浄液を導入して酸洗浄することを特徴とする微生物発電方法。
【請求項４】
請求項３において、該酸を含む洗浄液のｐＨが３以下であることを特徴とする微生物発電方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該負極室内を該洗浄液で満たすと共に、曝気することを特徴とする微生物発電方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、該アルカリを含む洗浄液を導入した後、洗浄液を導入していない他の単位セルの負極室から排出される処理液を導入することを特徴とする微生物発電方法。
【請求項７】
負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接するエアーカソードを有する正極室とからなる単位セルが複数個積層された微生物発電装置において、各単位セルの負極室にアルカリを含む洗浄液を導入して洗浄する洗浄手段を有することを特徴とする微生物発電装置。
【請求項８】
請求項７において、前記洗浄手段は、前記負極室にアルカリを含む洗浄液と、酸を含む洗浄液とを切り替えて供給するよう構成されていることを特徴とする微生物発電装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、前記負極室内を、曝気する曝気手段を備えたことを特徴とする微生物発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の代謝反応を利用する発電方法及び装置に関する。本発明は特に、有機物を微生物に酸化分解させる際に得られる還元力を電気エネルギーとして取り出す微生物発電方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物の代謝反応を利用する発電方法及び装置として、特開２００４−３４２４１２号には、正極室と負極室とを区画する電解質膜に接するように、正極板として多孔質体を設置し、正極室に空気を流通させ、多孔質体の空隙中で空気と液とを接触させる（以下、このように正極室内に空気を流通させ、空気中の酸素を電子受容体として利用する正極を「エアーカソード」と称す。）方法及び装置が記載されている。エアーカソードを用いることで、正極室に単に空気を流通させるのみで良く、カソード液中への曝気の必要がないといった利点がある。
【０００３】
特開２０１０−３３８２３号には、単位体積当りの発電量が多い微生物発電装置を提供することを目的として、平板状の正極を有した正極室と平板状の負極を有した負極室とからなる単位セルを複数個積層した微生物発電装置が記載されている。
【０００４】
特開２０１１−６５８２１号には、エアーカソードを用いた微生物発電装置で、カソードに酸、アルカリを含む洗浄液を間欠的に導入し、発電効率を低下させる要因であるエアーカソード及びこれに接する隔膜（イオン透過性非導電性膜）に発生したスケール、スライムを除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２４１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−３３８２３号公報
【特許文献３】特開２０１１−６５８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らがエアーカソードを用いた微生物発電装置を継続運転したところ、カソードの洗浄を間欠的に行っても経時的に発電量が低下してしまうことが判明した。本発明は、エアーカソードを用いた微生物発電装置における発電効率の経時低下を防止して、長期間安定した高効率発電を維持する微生物発電方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨は次の通りである。
【０００８】
［１］  負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接するエアーカソードを有する正極室とからなる単位セルが複数個積層された微生物発電装置を用いた微生物発電方法において、一部の単位セルの負極室にアルカリを含む洗浄液を導入して洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする微生物発電方法。
【０００９】
［２］  ［１］において、該アルカリを含む洗浄液のｐＨが１０以上であることを特徴とする微生物発電方法。
【００１０】
［３］  ［１］または［２］において、該負極室にアルカリを含む洗浄液を導入する前に、酸を含む洗浄液を導入して酸洗浄することを特徴とする微生物発電方法。
【００１１】
［４］  ［３］において、該酸を含む洗浄液のｐＨが３以下であることを特徴とする微生物発電方法。
【００１２】
［５］  ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、該負極室内を該洗浄液で満たすと共に、曝気することを特徴とする微生物発電方法。
【００１３】
［６］  ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、該アルカリを含む洗浄液を導入した後、洗浄液を導入していない他の単位セルの負極室から排出される処理液を導入することを特徴とする微生物発電方法。
【００１４】
［７］  負極を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持する負極室と、該負極室に対しイオン透過性非導電性膜を介して隔てられており、該イオン透過性非導電性膜に接するエアーカソードを有する正極室とからなる単位セルが複数個積層された微生物発電装置において、各単位セルの負極室にアルカリを含む洗浄液を導入して洗浄する洗浄手段を有することを特徴とする微生物発電装置。
【００１５】
［８］  ［７］において、前記洗浄手段は、前記負極室にアルカリを含む洗浄液と、酸を含む洗浄液とを切り替えて供給するよう構成されていることを特徴とする微生物発電装置。
【００１６】
［９］  ［７］又は［８］において、前記負極室内を、曝気する曝気手段を備えたことを特徴とする微生物発電装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明者による研究の結果、発電効率低下の原因は、負極室内で以下の（ａ）〜（ｃ）が発生するためであることが認められた。
（ａ）  エアーカソードから隔膜を透過して負極室内に入り込んだ酸素を消費して好気性スライムが発生する。
（ｂ）  嫌気条件下で、有機物を電極と電子を授受することなしに資化する嫌気性スライム（メタン発酵微生物）が増加する。
（ｃ）  負極に接する隔膜表面にスケール（炭酸カルシウムやリン酸カルシウムなど）付着する。
【００１８】
これらの原因に対し、スライムはアルカリ洗浄、スケールは酸洗浄で除去することができる。また、アルカリ洗浄によりスライムを除去した際には同時に電極と電子を授受する発電微生物も除去されるものの、他の微生物発電装置の処理液を通水することで速やかに発電微生物を増殖させ、発電効率を回復させることができる。負極室と、イオン透過性非導電性膜により隔てられたエアーカソードを有する正極室からなる単位セルが３個以上、好ましくは２０個以上積層された微生物発電装置で、順に一部の単位セルの負極室を洗浄していくことにより、装置全体の発電量を低下させることなく、長期的に安定して運転することができる。
【００１９】
このようにして、本発明によると、エアーカソードを用いた微生物発電装置における発電効率の経時低下を防止して、長期間安定した高効率発電を維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】微生物発電装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、図１を参照して実施の形態に係る微生物発電装置による発電方法を説明する。なお、図１はこの微生物発電装置の模式的な断面図である。この微生物発電装置は、単位セルを複数個（図１では２個）積層し、両端にエンドプレート３０，３０を配置し、積層方向の両末端に正極室３３を配置したものである。
【００２２】
１対のエンドプレート３０，３０の間にイオン透過性非導電性膜として４枚のアニオン交換膜３１が互いに平行に配置されることにより、左から１番目及び２番目の該アニオン交換膜３１，３１同士と左から３番目及び４番目のアニオン交換膜３１，３１同士の間にそれぞれ負極室３２が形成されている。左から１番目のアニオン交換膜と左側エンドプレート３０との間、左から４番目のアニオン交換膜と右側エンドプレート３０との間、及び、左から２番目及び３番目のアニオン交換膜同士の間にそれぞれ正極室３３が形成されている。
【００２３】
負極室３２内には、各アニオン交換膜３１と直に、又は１層〜２層程度の生物膜を介して接するように、多孔質材料よりなる負極３４が配置されている。負極３４は、アニオン交換膜３１に対し軽く（例えば０．１ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で）押し付けられるのが好ましい。
【００２４】
正極室３３内には、アニオン交換膜３１と接して正極３５が配置されている。この正極３５は、パッキン３６に押圧されてアニオン交換膜３１に押し付けられている。正極３５とアニオン交換膜３１との密着性を高めるために、両者を溶着したり、接着剤で接着してもよい。
【００２５】
左から１番目及び４番目の正極３５と各エンドプレート３０との間は、酸素含有ガスの流通スペースとなっている。また、左から２番目及び３番目の正極３５，３５同士の間も酸素含有ガスの流通スペースとなっている。
【００２６】
この正極３５及び負極３４は、端子３７，３９を介して外部抵抗（図示略）に並列に接続されている。
【００２７】
負極室３２には、負極溶液の給液ライン６１及び該給液ライン６１から分岐して各負極室３２に連なる分岐ライン６１Ａを介して、流入口３２ａから負極溶液が導入され、流出口３２ｂから廃液が廃液ライン６２へ流出する。負極室３２内は嫌気性とされる。各分岐給液ライン６１にそれぞれ洗浄液の給液ライン８１が接続されている。
【００２８】
各負極室３２内の負極溶液は、循環往口４１、循環配管４２、循環ポンプ４３及び循環戻口４４を介して循環される。この循環配管４２に、ｐＨ計４７が設けられると共に、アルカリ添加用配管４５が接続されている。負極室３２から流出する負極溶液のｐＨをｐＨ計４７で検出し、このｐＨが好ましくは７〜９となるように水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリが添加される。
【００２９】
各正極室３３には、空気ライン７１を介してガス流入口５１から空気が流入し、排ガスがガス流出口５２から廃空気ライン７２へ流出する。
【００３０】
この微生物発電装置において、正極室３３に酸素含有ガス（この実施の形態では空気）を流通させ、負極室３２に負極溶液を流通させ、好ましくは負極溶液を循環させることにより、正極３５と負極３４との間に電位差が生じ、発電が行われる。
【００３１】
単位セルの数は、３〜５０程度が好適である。なお、この実施の形態では、積層方向の両端側に正極室が配置されているが、一方又は双方の末端側に負極室を配置してもよい。
【００３２】
間欠的に各負極室３２に順番に洗浄液ライン８１から洗浄液が導入されて、負極３４や隔膜であるアニオン交換膜３１、負極室３２に発生ないしは付着したスケールやスライムが洗浄除去される。
【００３３】
本発明では、各負極室３２をアルカリで順番に洗浄するが、この洗浄に際しては、負極室３２をまず酸を含む洗浄液で洗浄し、次いでアルカリを含む洗浄液で洗浄することが好ましい。
【００３４】
この酸を含む洗浄液（以下「酸洗浄液」と称す。）の酸としては、硫酸、塩酸の他、硝酸、クエン酸、シュウ酸等の１種又は２種以上が使用できる。
【００３５】
上記酸洗浄液としては、通常酸の水溶液が用いられるが、この酸洗浄液のｐＨが高いと十分な洗浄効果が得られず、低過ぎると負極の劣化を招く恐れがあることから、ｐＨ３以下、特にｐＨ１〜３程度の酸洗浄液を用いることが好ましい。
【００３６】
酸洗浄液による洗浄方法としては、負極室内を酸洗浄液で満たすか、或いは、負極室内を酸洗浄液で満たした上でガス（例えば空気や、窒素など）を通気して、負極室内の酸洗浄液を曝気する方法が挙げられる。この場合、負極室内を酸洗浄液で満たす時間（以下「浸漬時間」と称す場合がある。）を２時間以上、特に４時間〜１日が好ましい。酸洗浄液とスケールとを接触させ、効率よく除去するため、導入した洗浄液がわずかに動く程度に曝気するのが好ましい。洗浄廃液は廃液ライン６２から排出される。
【００３７】
上述のような酸洗浄液による洗浄操作で、負極やイオン透過性非導電性膜に発生ないし付着したスケールが洗浄除去される。この酸洗浄液による洗浄の後、アルカリを含む洗浄液（以下「アルカリ洗浄液」と称す。）による洗浄操作を行う。これにより、良好なスライムの洗浄除去効果を得ることができると共に、酸洗浄液による負極の劣化を軽減することができる。ただし、本発明では、アルカリ洗浄のみを行ってもよい。
【００３８】
アルカリ洗浄液のアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、次亜塩素酸ナトリウム等の１種又は２種以上を用いることができる。
【００３９】
このアルカリ洗浄液としても、通常アルカリの水溶液が用いられるが、このアルカリ洗浄液のｐＨが低いと十分な洗浄効果が得られず、特にスライム剥離効果が小さくなる。またｐＨが高過ぎると残存するアルカリによるスケール発生が生じる可能性があり、また、イオン透過性非導電性膜がアニオン交換膜の場合は膜劣化を招く恐れがあることから、ｐＨ１０以上、例えばｐＨ１０〜１２であることが好ましい。
【００４０】
アルカリ洗浄液による洗浄方法としても、負極室内をアルカリ洗浄液で満たすか、或いは、負極室内をアルカリ洗浄液で満たした上でアルカリ洗浄液を前記ガスで曝気する方法が挙げられる。
【００４１】
アルカリ洗浄液に浸漬洗浄する時間は２時間以上、特に４時間〜１日が好ましい。アルカリ洗浄液とスライムとを接触させ、効率よく除去するため、導入した洗浄液がわずかに動く程度に曝気するのが好ましい。洗浄排液は廃液ライン６２から排出される。
【００４２】
同一セルの負極室の薬品洗浄間隔は、２週間〜３ヶ月、特に３週間〜６週間が好ましい。この間隔で洗浄することで、負極室内で発電微生物以外のスライムが優占したり、スケールが過度に付着したりすることを防止できる。
【００４３】
前述の通り、酸洗浄によりスケールが除去され、アルカリ洗浄によりスライムが除去される。また、アルカリ洗浄によりスライムを除去した際には同時に電極と電子を授受する発電微生物も除去されるものの、他の微生物発電装置の処理液を通水することで速やかに発電微生物を増殖させ、発電効率を回復させることができる。このように、負極室と、イオン透過性非導電性膜により隔てられたエアーカソードを有する正極室からなる単位セルが３個以上、好ましくは２０個以上積層された微生物発電装置で、順に一部の単位セルの負極室を洗浄していくことにより、装置全体の発電量を低下させることなく、長期的に安定して運転することができる。
【００４４】
次に、この微生物発電装置の微生物、負極溶液などのほか、イオン透過性非導電性膜、負極、正極の好適な材料等について説明する。
【００４５】
負極溶液中に含有させることで電気エネルギーを産生させる微生物は、電子供与体としての機能を有するものであれば特に制限されない。例えば、Saccharomyces、Hansenula、Candida、Micrococcus、Staphylococcus、Streptococcus、Leuconostoa、Lactobacillus、Corynebacterium、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Neisseria、Escherichia、Enterobacter、Serratia、Achromobacter、Alcaligenes、Flavobacterium、Acetobacter、Moraxella、Nitrosomonas、Nitorobacter、Thiobacillus、Gluconobacter、Pseudomonas、Xanthomonas、Vibrio、Comamonas及びProteus（Proteus  vulgaris）の各属に属する細菌、糸状菌、酵母などを挙げることができる。このような微生物を含む汚泥として下水等の有機物含有水を処理する生物処理槽から得られる活性汚泥、下水の最初沈澱池からの流出水に含まれる微生物、嫌気性消化汚泥等を植種として負極室に供給し、微生物を負極に保持させることができる。発電効率を高くするためには、負極室内に保持される微生物量は高濃度であることが好ましく、例えば微生物濃度は１〜５０ｇ／Ｌであることが好ましい。
【００４６】
負極溶液としては、微生物又は細胞を保持し、かつ発電に必要な組成を有する溶液が用いられる。例えば、呼吸系の発電を行う場合は、負極側の溶液としては、ブイヨン培地、Ｍ９培地、Ｌ培地、Malt  Extract、ＭＹ培地、硝化菌選択培地などの呼吸系の代謝を行うのに必要なエネルギー源や栄養素などの組成を有する培地が利用できる。また、下水、有機性産業排水、生ごみ等の有機性廃棄物を用いることができる。
【００４７】
負極溶液中には、微生物又は細胞からの電子の引き抜きをより容易とするために電子メディエーターを含有させてもよい。この電子メディエーターとしては、例えば、チオニン、ジメチルジスルホン化チオニン、ニューメチレンブルー、トルイジンブルー−Ｏ等のチオニン骨格を有する化合物、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン等の２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン骨格を有する化合物、ブリリアントクレジルブルー、ガロシアニン、レソルフィン、アリザリンブリリアントブルー、フェノチアジノン、フェナジンエソスルフェート、サフラニン−Ｏ、ジクロロフェノールインドフェノール、フェロセン、ベンゾキノン、フタロシアニン、あるいはベンジルビオローゲン及びこれらの誘導体などを挙げることができる。
【００４８】
さらに、微生物の発電機能を増大させるような材料、例えばビタミンＣのような抗酸化剤や、微生物中の特定の電子伝達系や物質伝達系のみを働かせる機能増大材料を溶解すると、さらに効率よく電力を得ることができるので好ましい。
【００４９】
負極溶液は、必要に応じ、リン酸バッファを含有していてもよい。
【００５０】
負極溶液は有機物を含むものである。この有機物としては、微生物によって分解されるものであれば特に制限はなく、例えば水溶性の有機物、水中に分散する有機物微粒子などが用いられる。負極溶液は、下水、食品工場排水などの有機性廃水であってもよい。負極溶液中の有機物濃度は、発電効率を高くするために１００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度の高濃度であることが好ましい。
【００５１】
正極室に流通させる酸素含有ガスとしては、空気が好適である。正極室からの排ガスを、必要に応じ脱酸素処理した後、負極室に通気し、負極溶液Ｌからの溶存酸素のパージに用いてもよい。
【００５２】
イオン透過性非導電性膜としては、非導電性、かつイオン透過性を有するものであればほとんどのものが使用できるが、アニオン交換膜またはカチオン交換膜が好適である。アニオン交換膜としては、アストム製アニオン交換膜やトクヤマ製アニオン型電解質膜などが好適である。一方カチオン交換膜としてはデュポン製カチオン交換膜が好適である。イオン透過性非導電性膜は、薄くて丈夫であることが好ましく、通常、その膜厚は１０〜３００μｍ、特に３０〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【００５３】
負極は、多くの微生物を保持できるよう、表面積が大きく空隙が多く形成され通水性を有する多孔体が好ましい。具体的には、少なくとも表面が粗とされた導電性物質のシートや導電性物質をフェルト状その他の多孔性シートにした多孔性導電体（例えばグラファイトフェルト、発泡チタン、発泡ステンレス等）が挙げられる。
【００５４】
複数のシート状導電体を積層して負極としてもよい。この場合、同種の導電体シートを積層してもよく、異なる種類の導電体シート同士（例えばグラファイトフェルトと粗面を有するグラファイトシート）を積層してもよい。
【００５５】
負極は全体の厚さが３ｍｍ以上４０ｍｍ以下、特に５〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。積層シートによって負極を構成した場合、シート同士の合わせ面（積層面）に沿って液が流れるように、積層面を液の流入口と流出口とを結ぶ方向に配向させるのが好ましい。
【００５６】
正極は、導電性基材と、該導電性基材に担持された酸素還元触媒とを有する。
【００５７】
導電性基材としては、導電性が高く、耐食性が高く、厚みが薄くても十分な導電性と耐食性、更には導電性基材としての機械的強度を得ることがあるものであれば良く、特に制限はないが、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト、グラファイトクロス、ステンレスメッシュ、チタンメッシュ等を用いることができ、これらのうち、特に耐久性と加工のしやすさ等の点から、グラファイトペーパー、グラファイトフェルト、グラファイトクロス等のグラファイト系基材が好ましく、とりわけグラファイトペーパーが好ましい。なお、これらのグラファイト系基材はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂によって疎水化されたものであっても良い。
【００５８】
導電性基材の厚さは、厚過ぎると酸素の透過が悪くなり、薄過ぎると、基材に必要な強度等の要求特性を満たすことができないことから、２０〜３０００μｍ程度であることが好ましい。
【００５９】
酸素還元触媒としては、白金等の貴金属のほか、安価で且つ触媒活性が良好であるところから、二酸化マンガン等の金属酸化物が好適である。
【００６０】
一つのセルの負極室の上記アルカリ洗浄後は、他の微生物発電装置や、同じ装置の稼働中の他のセルの負極室から排出された負極溶液を１〜７日、好ましくは２〜５日間通水する。負極溶液には、活性の高い発電微生物が含まれているため、速やかに（１週間以内に）元の性能まで回復させることができる。
【実施例】
【００６１】
［比較例１］
５個の単位セルから構成される微生物発電装置を洗浄なしに運転した。セル、隔膜、負極及び正極の構成は次の通りである。
【００６２】
各セルの負極室の容積：３５０ｍＬ
正極室の容積：１７５ｍＬ
隔膜（イオン透過性非導電性膜）：カチオン交換膜（デュポン製「ナフィオン１１５」）
負極：２５０ｍｍ×７０ｍｍで厚さ１０ｍｍのグラファイトフェルト（東洋カーボン製）２枚を導電性接着剤で貼り合わせて構成。２枚のグラファイトフェルトの積層体は負極室の厚さと同じ厚さを有し、負極室内全体に充填され、隔膜と接する。従って、負極室に供給された液はすべて多孔性の負極を透過するように構成されており、負極内を通らずに負極室を通過すること（ショートパス）が実質的にないよう構成される。負極室には種菌として下水処理場の生物処理槽から採取した活性汚泥を添加して培養し、負極を構成する各グラファイトフェルトの表面に微生物を付着させた。
【００６３】
正極：厚さ３ｍｍのグラファイトフェルト１枚で構成し、厚さ５ｍｍのパッキンを配置し、正極を隔膜に接触させた。正極用グラファイトフェルトは、ＰＴＦＥで撥水処理し、田中貴金属製Ｐｔ触媒（Ｐｔ担持カーボンブラック，Ｐｔ含有量５０重量％）を、５重量％ナフィオン（登録商標）溶液（デュポン製）に分散させた液を、Ｐｔ付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ２となるように負極側表面に塗布し、５０℃で乾燥させて用いた。
【００６４】
各セルの負極のグラファイトフェルトと正極のグラファイトフェルトには、ステンレス製針金を導電性ペーストで接着して電気引出し線とし、２Ωの抵抗で接続した。
【００６５】
各正極室に空気を７００ｍＬ／ｍｉｎの流量で通気する一方、各負極室には１，０００ｍｇ／Ｌの濃度の酢酸と、５０ｍＭの濃度のリン酸バッファ、及び、塩化アンモニウム５０ｍｇ／Ｌを含む負極溶液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流入量で供給し、同量の処理液を排出させた。各循環配管の流量は５０ｍＬ／ｍｉｎとし、ｐＨ計の検出ｐＨが７．５となるように２Ｎの水酸化ナトリウムを循環液に添加した。
【００６６】
この装置で負極温度を３５℃に維持して運転を開始した結果、装置全体平均の発電量は、１週間後には負極体積あたり２００Ｗ／ｍ３−負極に達した。その後、１週間、発電量は１８０〜２３０Ｗ／ｍ３−負極の範囲で維持された。しかし、さらに運転を継続すると徐々に低下し、運転開始から４週間後には５０Ｗ／ｍ３−負極を下回った。
【００６７】
［実施例１］
比較例１と同様の装置を用いて、同様の運転条件で発電を行った。
【００６８】
装置全体平均の発電量は、１週間後には負極体積あたり２００Ｗ／ｍ３−負極に達した。その後、１週間、発電量は１８０〜２３０Ｗ／ｍ３−負極の範囲で維持された。そこで、運転開始から２週間後より、１週間間隔で順に、セルの負極室への負極溶液の供給を停止し、ｐＨ１２の水酸化ナトリウム水溶液を負極室に満たして、空気で１４０ｍＬ／ｍｉｎで曝気しながら４時間保持した後排出する洗浄操作を行った。洗浄後は他のセルの負極室から排出された負極溶液を３日間供給した後、負極溶液を供給するようにした。その結果、装置全体平均の発電量は、３ヶ月間、１２０〜１５０Ｗ／ｍ３−負極で維持された。
【００６９】
［実施例２］
比較例１と同様の装置を用いて、同様の運転条件で発電を行った。
【００７０】
装置全体平均の発電量は、１週間後には負極体積あたり２００Ｗ／ｍ３−負極に達した。その後、１週間、発電量は１８０〜２３０Ｗ／ｍ３−負極の範囲で維持された。そこで、運転開始から２週間後より、１週間間隔で順に、セルの負極室への負極溶液の供給を停止し、ｐＨ２の硫酸水溶液を負極室に満たして、空気で１４０ｍＬ／ｍｉｎで曝気しながら４時間保持した後、ｐＨ１２の水酸化ナトリウム水溶液を負極室に満たして、空気で１４０ｍＬ／ｍｉｎで曝気しながら４時間保持した後排出する洗浄操作を行った。洗浄後は他のセルの負極室から排出された負極溶液を３日間供給した後、負極溶液を供給するようにした。その結果、装置全体平均の発電量は、３ヶ月間、１８０〜２３０Ｗ／ｍ３−負極で維持された。
【００７１】
以上の実施例及び比較例より、本発明によって、エアーカソードを用いた微生物発電装置における発電効率の経時低下を防止して、長期間安定した高効率発電を維持することができるようになることが認められた。
【符号の説明】
【００７２】
３１  アニオン交換膜
３３  正極室
３２  負極室
３５  正極
３４  負極
３０  エンドプレート
【図１】
2018163749.tif 000003