(57)【要約】【課題】アノード室内でのメタン生成菌の増殖を抑制して、発電量を長期的に高く維持する微生物発電装置の運転方法を提供する。【解決手段】アノード６を有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室４と、該アノード室４に対しイオン透過性非導電性膜２を介して隔てられたカソード室３とを有し、該アノード室４に有機物含有原水を供給し、カソード室３に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置において、アノード室６に殺菌剤を間欠的に添加する。また、アノード室６内を散気管１７からの不活性ガスによって間欠的に曝気する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、
該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置において、
該アノード室内に殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段を備えたことを特徴とする微生物発電装置。
【請求項２】
前記殺菌剤は過酸化水素、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩である請求項１の微生物発電装置。
【請求項３】
前記アノード室に不活性ガスを供給する手段を有する請求項１又は２の微生物発電装置。
【請求項４】
アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、
該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置の運転方法において、
前記アノード室内に間欠的に殺菌剤を供給することを特徴とする微生物発電装置の運転方法。
【請求項５】
前記アノード室に対し、２時間〜３０回に１回の頻度で、１回当り１分〜１時間殺菌剤を供給する請求項４の微生物発電装置の運転方法。
【請求項６】
前記殺菌剤は過酸化水素、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩である請求項４又は５の微生物発電装置の運転方法。
【請求項７】
前記アノード室に不活性ガスを連続的又は間欠的に供給する請求項４〜６のいずれかの微生物発電装置の運転方法。
【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装置及び微生物発電装置の運転方法に関する。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装置及び微生物発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物を用いた発電装置として、特許文献１，２には、カソード室とアノード室とを電解質膜で区画したものが記載されている。
【０００３】
特許文献１には、アノード室内のｐＨを７〜９に調整することにより、アノード室で微生物反応に伴う炭酸ガスの発生によりｐＨが低下するのを防止し、発電効率を高くすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５２０９７号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微生物発電装置を長期間運転すると、発電微生物が電極表面で増殖するが、微生物が電極表面に過度に付着するようになると、基質との接触効率や電極表面の導電性が低下し、発電量が減少する。ひどい場合には、アノード室が閉塞して基質を供給できなくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、アノード室における微生物の過度な付着を抑制し、高い発電量が長期的に安定して得られる微生物発電装置及び微生物発電方法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】
本発明の微生物発電装置は、アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置において、該アノード室内に殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様では、前記殺菌剤は過酸化水素、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩である。
【０００９】
本発明の一態様では、前記アノード室に不活性ガスを供給する手段を有する。
【００１０】
本発明の微生物発電装置の運転方法は、アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置の運転方法において、前記アノード室内に間欠的に殺菌剤を供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様では、前記アノード室に対し、２時間〜３０回に１回の頻度で、１回当り１分〜１時間殺菌剤を供給する。
【００１２】
本発明の一態様では、前記アノード室内に不活性ガスを連続的又は間欠的に供給する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、アノード室に殺菌剤を好ましくは間欠的に供給する。これにより、アノード表面への発電微生物の過度な付着が抑制され、高い発電量を安定的に維持できる。また、嫌気条件であるアノード室では、発電菌以外にメタン生成菌が増殖して発電効率を低下させることがあるが、間欠的な殺菌剤の添加により、発電菌よりも増殖速度の低いメタン生成菌の増殖がより抑制され、発電効率を高く維持することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る微生物発電装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る微生物発電装置の概略的な構成を示す模式的断面図である。
【００１７】
槽体１内が多孔性非導電性膜よりなる区隔材２によってカソード室３とアノード室４とに区画されている。カソード室３内にあっては、区隔材２に密着するように、導電性多孔質材料よりなるカソード５が配置されている。カソード５と槽体１の壁面との間のカソード室３はカソード溶液で満たされている。このカソード溶液を曝気するように、カソード室３内の下部に散気管７が設けられている。この散気管７に空気などの酸素含有ガスが導入され、カソード室上部のガス流出口８から曝気排ガスが流出する。なお、曝気に伴ってカソード溶液が蒸発したり、飛散して減少するので、弁１５を有した補給口１６から補充用のカソード溶液を適宜供給する。
【００１８】
アノード室４内には、導電性多孔質材料よりなるアノード６が配置されている。このアノード６は、区隔材２に密着しており、アノード６から区隔材２にプロトン（Ｈ＋）が受け渡し可能となっている。
【００１９】
この多孔質材料よりなるアノード６に微生物が担持されている。アノード室４には流入口４ａからアノード溶液Ｌを導入し、流出口４ｂから廃液を排出させる。なお、アノード室４内は嫌気性とされる。
【００２０】
アノード室４内のアノード溶液Ｌは循環往口９、循環配管１０、循環用ポンプ１１及び循環戻口１２を介して循環される。この循環配管１０には、アノード室４から流出してきた液のｐＨを測定するｐＨ計１４が設けられると共に、アルカリや酸などのｐＨ調整剤添加用配管１３が接続されている。また、循環配管１０には、殺菌剤の添加用の配管１９が接続されている。なお、殺菌剤添加配管１９はアノード室４に直接に接続されてもよい。ただし、循環水に殺菌剤を添加することにより、アノード室４の全体に殺菌剤を満遍なく供給することができる。
【００２１】
アノード室６に散気管１７が設置されており、バルブ部１７ａを開とすることにより窒素などの不活性ガスでアノード室６内が曝気されるよう構成されている。アノード室６の上部には、バルブ１８ａを有したガス流出口１８が設けられている。
【００２２】
散気管７に空気などの酸素含有ガスを供給してカソード室３内のカソード溶液を曝気すると共に、必要に応じポンプ１１を作動させてアノード溶液Ｌを循環させることにより、
（有機物）＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ＋＋ｅ−
なる反応が進行する。この電子ｅ−がアノード６、端子２２、外部抵抗２１、端子２０を経てカソード５へ流れる。
【００２３】
上記反応で生じたプロトンＨ＋は、区隔材２を通ってカソード５に移動する。カソード５では、
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
なる反応が進行する。このような反応により、カソード５とアノード６との間に起電力が生じ、端子２０，２２を介して外部抵抗２１に電流が流れる。
【００２４】
アノード室４に好ましくは間欠的に殺菌剤を添加する。これにより、アノード表面への発電微生物の過度な付着が抑制され、高い発電量を安定的に維持できる。また、嫌気条件であるアノード室では、発電菌以外にメタン生成菌が増殖して発電効率を低下させることがあるが、間欠的な殺菌剤の添加により、発電菌よりも増殖速度の低いメタン生成菌の増殖がより抑制され、発電効率を高く維持することも可能となる。
【００２５】
殺菌剤としては、一般にスライムコントロール剤として用いられる剤を用いることができるが、コストや残留性が低く後段処理への影響が少ないことなどから、過酸化水素、次亜塩素酸もしくはその塩、次亜臭素酸もしくはその塩が好ましい。
【００２６】
アノード室への殺菌剤の添加頻度は、２時間〜３０日に１回、好ましくは６時間〜１週間に１回とし、１回あたりの添加時間は１分〜１時間、好ましくは５分〜３０分とする。
【００２７】
アノード室流入水に対する添加濃度は、殺菌剤の種類にもよるが、過酸化水素であれば好ましくは１０〜３，０００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは１００〜５００ｍｇ／Ｌ、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩であれば好ましくは１０〜３，０００ｍｇ−有効塩素／Ｌ、より好ましくは１００〜５００ｍｇ−有効塩素／Ｌである。
【００２８】
アノード室４では、微生物による有機物の分解反応によりＣＯ２が生成することにより、ｐＨが変化しようとする。そこで、ｐＨ計１４の検出ｐＨが好ましくは７〜９となるようにアルカリや酸がアノード溶液Ｌに添加される。このアルカリや酸は、アノード室６に直接に添加されてもよいが、循環水に添加することにより、アノード室４内の全域を部分的な偏りなしにｐＨ７〜９に保つことができる。
【００２９】
また、連続的又は間欠的にバルブ１７ａ，１８ａを開とし、散気管７からの不活性ガスによってアノード室６内を曝気し、排ガスをガス流出口１８から流出させる。これにより、アノード表面にガスによる剪断力が与えられ、生物膜の過度な付着を抑制する効果が高まるのに加え、特にカソード室で酸素を電子受容体とする場合などには、好気性スライムの増殖などにより性能低下に繋がる、カソード室からアノード室に浸透する酸素を除去する効果も奏される。不活性ガスとしては窒素が好適であるが、これに限定されない。
【００３０】
図２は本発明の別の実施の形態に係る微生物発電装置の概略的な断面図である。
【００３１】
略直方体形状の槽体３０内に２枚の板状の区隔材３１が互いに平行に配置されることにより、該区隔材３１，３１同士の間にアノード室３２が形成され、該アノード室３２とそれぞれ該区隔材３１を隔てて２個のカソード室３３，３３が形成されている。
【００３２】
アノード室３２内には、各区隔材３１と密着するように、多孔質材料よりなるアノード３４が配置されている。アノード３４は、区隔材に対し軽く（例えば０．１ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で）押し付けられている。
【００３３】
カソード室３３内には、区隔材３１と接して多孔質材料よりなるカソード３５が配置されている。このカソード３５は、ゴム等よりなるスペーサ３６に押圧されて区隔材３１に軽く（例えば０．１ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で）押し付けられて密着している。カソード３５と区隔材３１との密着性を高めるために、両者を溶着したり、部分的に接着剤で接着してもよい。
【００３４】
このカソード３５及びアノード３４は、端子３７，３９を介して外部抵抗３８に接続されている。
【００３５】
カソード３５と槽体３０の側壁との間のスペースはカソード溶液が満たされている。各カソード室３３内の下部に散気管５１が設置され、カソード溶液が曝気可能とされている。曝気排ガスは、カソード室３３の上部のガス流出口５２から流出する。なお、図示は省略するが、各カソード室３３に対しカソード溶液を補充するように補給口が設けられている。
【００３６】
アノード室３２には、流入口３２ａからアノード溶液Ｌが導入され、流出口３２ｂから廃液が流出する。アノード室３２内は嫌気性とされる。
【００３７】
アノード室３２内のアノード溶液は、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、殺菌剤添加用配管６１が接続されている。また、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。アノード室３２から流出するアノード溶液の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。
【００３８】
アノード室３２に散気管５７が設置されており、バルブ５７ａを開とすることにより、酸素含有ガスでアノード室３２内が曝気されるよう構成されている。アノード室３２の上部には、バルブ５８ａを有したガス流出口５８が設けられている。
【００３９】
この図２の微生物発電装置においても、散気管５１に酸素含有ガスを供給してカソード室３３内のカソード溶液を曝気すると共に、アノード室３２にアノード溶液を流通させ、好ましくはアノード溶液を循環させることにより、カソード３５とアノード３４との間に電位差が生じ、外部抵抗３８に電流が流れる。
【００４０】
配管６１から好ましくは間欠的に殺菌剤を添加すると共に、間欠的にバルブ５７ａ，５８ａを開とし、散気管５７からの不活性ガスによってアノード室３２内を曝気し、排ガスをガス流出口５８から流出させる。
【００４１】
図１，２では、散気管をカソード室３，３３内に配置してカソード室３，３３内でカソード溶液の曝気を行っているが、カソード室内のカソード溶液を別の曝気室に導入して曝気してもよい。
【００４２】
次に、本発明の微生物発電装置の微生物、アノード溶液、カソード溶液などのほか、区隔材、アノード及びカソードの好適な材料等について説明する。
【００４３】
アノード溶液Ｌ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アノード室に供給し、微生物をアノード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、アノード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。
【００４４】
アノード溶液Ｌ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、アノード溶液としては、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、生ゴミ等の有機性廃棄物を用いることができる。
【００４５】
アノード溶液Ｌ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。
【００４６】
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。
【００４７】
アノード溶液Ｌは、必要に応じ、リン酸バッファを含有していてもよい。
【００４８】
アノード溶液Ｌ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。アノード溶液は、下水、食品工場排水などの有機性廃液であってもよい。アノード溶液Ｌ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。
【００４９】
アノード溶液の温度は１０〜７０℃程度が好ましい。
【００５０】
カソード溶液は、中性もしくはアルカリ性、例えばｐＨ６．０〜９．０であることが好ましく、ｐＨをこのような範囲に保つためにバッファを含有してもよい。
【００５１】
また、カソード溶液は、電子受容体として、フェリシアン化カリウム、硫酸マンガン、塩化マンガン、塩化第二鉄、硫酸第二鉄等の酸化還元試薬を含んでいても良い。この場合、カソード溶液中の酸化還元試薬濃度としては、１０〜２，０００ｍＭ程度が好ましい。
【００５２】
カソード溶液はまたキレート剤を含んでもよい。キレート剤を配合することにより、４価のマンガンが溶解状態で存在できるようになり、還元反応の速度が速くなるという効果が得られる。
【００５３】
キレート剤としては、マンガンイオンとキレート化合物を形成するものであれば制限なく使用できる。具体的には、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、１，２-ジヒドロキシアントラキノン-３-イル-メチルアミノ-Ｎ，Ｎ’-二酢酸、５，５’-ジブロモピロガロールスルホフタレイン、１-（１-ヒドロキシ-２-ナフチルアゾ）-６-ニトロ-２-ナフトール-４-スルホン酸ナトリウム塩、シクロ-トリス-［７-（１-アゾ-８-ヒドロキシナフタレン-３，６-ジスルホン酸）］６ナトリウム塩、４-メチルアンベリフェロン-８-メチレンイミノ二酢酸、３-スルホ-２，６-ジクロロ-３’，３’’-ジメチル-４’-フクソン-５’，５’’-ジカルボン酸３ナトリウム塩、３，３’-ビス［Ｎ，Ｎ-ジ（カルボキシメチル）アミノメチル］チモ-ルスルホンフタレイン，ナトリウム塩、７-（１-ナフチルアゾ）-８-ヒドロキシキノリン-５-スルホン酸ナトリウム塩、４-（２-ピリジルアゾ）レゾルシノール、ピロカテコールスルホンフタレイン、３，３’-ビス［Ｎ，Ｎ-ジ（カルボキシメチル）アミノメチル］-オルソ-クレゾールスルホンフタレイン，２ナトリウム塩などが挙げられる。なお、キレート剤は生物分解されにくい安定なものが望ましい。
【００５４】
カソードに供給する酸素含有ガスとしては、空気が好適である。カソード室からの排ガスは、必要に応じ脱酸素処理した後、アノード室に通気し、アノード溶液Ｌからの溶存酸素のパージに用いてもよい。この酸素含有ガスの供給量としては、カソード溶液の溶存酸素（ＤＯ）濃度を測定した場合にＤＯが検出される程度（例えば０．５ｍｇ／Ｌ以下）であればよい。
【００５５】
区隔材としては、多孔性非導電性材料よりなる紙、織布、不織布、いわゆる有機膜（精密濾過膜）、ハニカム成形体、格子状成形体等が使用できる。区隔材としては、プロトンの移動の容易さから親水的な材料で構成されたものを用いるか、もしくは疎水膜を親水化した精密濾過膜が好ましい。疎水性の材料を使用する場合は、織布、不織布、ハニカム等の形状として水が通りやすいように加工するとよい。上記の非導電性材料としては、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤF）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、セルロース、酢酸セルロース等が好適である。プロトンを透過させ易くするために、区隔材は厚さが１０μｍ〜１０ｍｍ特に３０〜１００μｍ程度の薄いものが好ましい。
【００５６】
アノード溶液として有機性廃水を用いる場合、懸濁物質等による目詰りを防止するために、区隔材として厚さ１〜１０ｍｍ程度の通水性に優れる、例えばハニカム状、格子状等のものを用いるのが好ましい。アノード溶液として廃水を用いない場合、区隔材としては、厚みおよび価格の点で、厚さが１ｍｍ以下の紙が最適である。また、ＰＥＳやＰＶＤＦを親水化した精密濾過膜は厚みが極めて薄いため、高出力を求める場合の区隔材として好適である。さらに、コスト面ではポリエチレンまたはポリプロピレンから作られた不織布が好適である。
【００５７】
アノードは、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。このような多孔質のアノードを区隔材に密着させた場合、電子メディエータを用いることなく、微生物反応で生じた電子がアノードに渡るようになり、電子メディエータを不要とすることができる。
【００５８】
アノードは、フェルト等の繊維体よりなることが好ましい。かかるアノードは、アノード室厚みよりも大きい厚さを有する場合、それを押し縮めてアノード室に挿入し、それ自身の復元弾性によって区隔材に密着するようになる。
【００５９】
複数のシート状導電体を積層してアノードとしてもよい。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。
【００６０】
アノードは全体の厚さが３ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に５〜４０ｍｍ程度であることが好ましい。積層シートによってアノードを構成した場合、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。
【００６１】
カソードは、フェルト状又は多孔質状の導電性材料、例えばグラファイトフェルト、発泡ステンレス、発泡チタン等で構成される。多孔質材の場合、空隙の直径が０．０１〜１ｍｍ程度であることが好ましい。カソードとしては、区隔材と密着させやすい形状（例えば板状）にこれら導電性材料を成形されたものを用いることが好ましい。酸素を電子受容体とする場合は酸素還元触媒を用いることが好ましく、例えばグラファイトフェルトを基材として触媒を担持させるとよい。触媒としては白金等の貴金属、二酸化マンガン等の金属酸化物、活性炭などのカーボン系材料が例示される。電子受容体の種類によっては、例えばヘキサシアノ鉄(III）酸カリウム（フェリシアン化カリウム）を含む液を用いる場合などは安価なグラファイト電極をそのまま（白金を担持させずに）カソードとして使用してもよい。カソードの厚みは０．０３〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００６２】
なお、図１，２は、いずれもカソード室内にカソード溶液を保持した微生物発電装置を示しているが、本発明は、このような微生物発電装置に何ら限定されることなく、カソード室を空室として空気を流通させるエアーカソードタイプの微生物発電装置にも適用することができる。
【実施例】
【００６３】
以下、比較例及び実施例について説明する。
【００６４】
［比較例１］
７ｃｍ×２５ｃｍ×１ｃｍ（厚さ）のアノード室に、厚さ１ｃｍのグラファイトフェルトを２枚重ねて充填してアノードを形成した。このアノード室に対して、厚さ３０μｍの不織布を介してカソード室を形成した。カソード室も７ｃｍ×２５ｃｍ×１ｃｍ（厚さ）であり、厚さ１０ｍｍのグラファイトフェルトを２枚重ねて充填してカソードを形成した。アノードとカソードのグラファイトフェルトには、それぞれステンレス線を導電性ペーストで接着して電気引出し線とし、３Ωの抵抗で接続した。
【００６５】
アノード室には、ｐＨを７．５に維持した、酢酸１，０００ｍｇ／Ｌと５０ｍＭリン酸バッファおよび塩化アンモニウムを含む原水を通水した。この原水を予め、別水槽で３５℃に加温してからアノード室へ７０ｍＬ／ｍｉｎで通液することにより、アノード室の温度を３５℃に加温した。なお、原水の通水に先立って、他の微生物発電装置の流出液を植菌として通液した。カソード室には５０ｍＭのフェリシアン化カリウムとリン酸バッファとを含むカソード溶液を７０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。
【００６６】
発電量は、通水開始後１週間で３００Ｗ／ｍ３−アノード室容積（以下、Ｗ／ｍ３と記載する。）に達し、以後６週間２８０〜３３０Ｗ／ｍ３で推移したが、その後２週間で１００Ｗ／ｍ３まで低下した。装置を解体してアノードを取り出したところ、グラファイトフェルトの内部まで厚い生物膜で覆われており、フェルトの一部に水みちが形成されているのが確認された。付着生物量が増加して負極を覆い、水の流れ、基質との接触効率が低下したと考えられる。
【００６７】
［実施例１］
比較例１と同じ構成で、通水開始後１週間経過し、３００Ｗ／ｍ３に達したところで、１２時間おきに１回、１０分間、アノード室流入水に添加後の濃度として１００ｍｇ／Ｌとなるように過酸化水素を添加した。添加直後、発電量は大きく低下したが、３０分程度で元の値に回復し、以後５ヶ月に渡り、発電量は２８０〜３３０Ｗ／ｍ３で推移した。装置を解体して負極を取り出したところ、比較例に比べ、生物膜の付着量は少なく、グラファイトフェルト内部まで水が流れる状態が保たれていた。
【００６８】
［実施例２］
比較例と同じ構成で、アノード室に窒素ガスを２００ｍＬ／ｍｉｎの風量で通気した。通水開始後１週間で３００Ｗ／ｍ３に達したところで、１日に１回、１０分間、アノード室流入水に添加後の濃度として１００ｍｇ／Ｌとなるように過酸化水素を添加した。添加直後、発電量は大きく低下したが、３０分程度で元の値に回復し、以後５ヶ月に渡り、発電量は２８０〜３３０Ｗ／ｍ３で推移した。装置を解体して負極を取り出したところ、比較例に比べ、生物膜の付着量は少なく、グラファイトフェルト内部まで水が流れる状態が保たれていた。
【００６９】
［実施例３］
比較例と同じ構成で、通水開始後１週間で３００Ｗ／ｍ３に達したところで、１週間に１回、３０分間、アノード室流入水に添加後の濃度として３００ｍｇ−有効塩素／Ｌとなるように次亜塩素酸ナトリウムを添加した。添加直後、発電量は大きく低下したが、１〜２時間で元の値に回復し、以後５ヶ月に渡り、発電量は２８０〜３３０Ｗ／ｍ３で推移した。装置を解体して負極を取り出したところ、比較例に比べ、生物膜の付着量は少なく、グラファイトフェルト内部まで水が流れる状態が保たれていた。
【００７０】
以上の比較例及び実施例より、本発明によって、微生物発電装置におけるアノード室でのアノード表面への微生物の過度な付着が抑制され、高い発電量を長期安定して得られるようになることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１，３０  槽体
２，３１  区隔材
３，３３  カソード室
４，３２  アノード室
５，３５  カソード
６，３４  アノード
７，１７，５１，５７  散気管
９，６１  殺菌剤添加用配管
【図１】
2019169282.tif 000003
【図２】
2019169282.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月8日(2019.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、
該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置において、
該アノード室内に対し、２時間〜３０日に１回の頻度で、１回当り１分〜１時間殺菌剤を供給する殺菌剤供給手段を備えたことを特徴とする微生物発電装置。
【請求項２】
前記殺菌剤は過酸化水素、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩である請求項１の微生物発電装置。
【請求項３】
前記アノード室に不活性ガスを供給する手段を有する請求項１又は２の微生物発電装置。
【請求項４】
アノードを有し、微生物及び電子供与体を含む液を保持するアノード室と、該アノード室に対し多孔性非導電性膜を介して隔てられたカソード室とを有し、
該アノード室に有機物含有原水を供給し、カソード室に電子受容体を含む流体を供給して発電を行う微生物発電装置の運転方法において、
前記アノード室内に対し、２時間〜３０日に１回の頻度で、１回当り１分〜１時間間欠的に殺菌剤を供給することを特徴とする微生物発電装置の運転方法。
【請求項５】
前記殺菌剤は過酸化水素、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩である請求項４の微生物発電装置の運転方法。
【請求項６】
前記アノード室に不活性ガスを連続的又は間欠的に供給する請求項４又は５のいずれかの微生物発電装置の運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の一態様では、前記アノード室に対し、２時間〜３０日に１回の頻度で、１回当り１分〜１時間殺菌剤を供給する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
アノード室４に散気管１７が設置されており、バルブ１７ａを開とすることにより窒素などの不活性ガスでアノード室４内が曝気されるよう構成されている。アノード室４の上部には、バルブ１８ａを有したガス流出口１８が設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、連続的又は間欠的にバルブ１７ａ，１８ａを開とし、散気管７からの不活性ガスによってアノード室４内を曝気し、排ガスをガス流出口１８から流出させる。これにより、アノード表面にガスによる剪断力が与えられ、生物膜の過度な付着を抑制する効果が高まるのに加え、特にカソード室で酸素を電子受容体とする場合などには、好気性スライムの増殖などにより性能低下に繋がる、カソード室からアノード室に浸透する酸素を除去する効果も奏される。不活性ガスとしては窒素が好適であるが、これに限定されない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
アノード室３２に散気管５７が設置されており、バルブ５７ａを開とすることにより、不活性ガスでアノード室３２内が曝気されるよう構成されている。アノード室３２の上部には、バルブ５８ａを有したガス流出口５８が設けられている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2019169282.tif 000005
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2019169282.tif 000006