(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便に汚泥中の害虫の発生を抑制できる生物発生抑制装置を提供する。【解決手段】生物発生抑制装置Ｄ１は、正電極ＥＣと、有機物と生物とを含む物質内に備えられ、有機物が発生させる電子を吸着することにより正電極との間に起電力を生じさせる負電極ＥＡと、正電極と負電極とに挟まれ有機物が発生させる水素イオンを媒介する絶縁層Ｆと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電極と、
有機物と生物とを含む物質内に備えられ、前記有機物が発生させる電子を吸着することにより前記正電極との間に起電力を生じさせる負電極と、
前記正電極と前記負電極とに挟まれ前記有機物が発生させる水素イオンを媒介する絶縁層と、
を備える生物発生抑制装置。
【請求項２】
前記正電極及び前記負電極は炭素を含む
請求項１に記載の生物発生抑制装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記物質に含まれる水分を重力によって透過させて前記物質を脱水する濾材を兼ねる
請求項１または請求項２に記載の生物発生抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物発生抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョウバエは、下水汚泥をはじめとする汚水系において大量発生することがあり、不快害虫として知られている。チョウバエ以外にも、汚泥から発生する害虫が知られている。従来は薬物散布によりこれらの害虫の駆除が行われていた。しかし薬物散布による駆除では、一度の散布では完全な駆除が困難であり、何度も薬剤散布が必要になる。また、薬物散布による駆除では、薬物である殺虫剤に含まれる化学物質の環境中への拡散などのリスクが懸念されていた。
【０００３】
薬物散布による駆除以外の害虫の駆除の方法として、電気を用いて害虫を殺虫する方法が知られている。例えば、農地、緑地、水田などの害虫が棲息する場所に導電可能な程度に水を張り、水を張った場所の互いに異なる一方の位置に正極を、他方の位置に負極を配置して両電極に高電圧を印加することにより棲息する害虫を電撃により殺虫する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０８８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の殺虫方法では、高圧電流を利用するため大がかりな発電機や高圧電源を必要とし、簡便に害虫の発生を抑制できなかった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡便に汚泥中の害虫の発生を抑制できる生物発生抑制装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、正電極と、有機物と生物とを含む物質内に備えられ、前記有機物が発生させる電子を吸着することにより前記正電極との間に起電力を生じさせる負電極と、前記正電極と前記負電極とに挟まれ前記有機物が発生させる水素イオンを媒介する絶縁層と、を備える生物発生抑制装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記の生物発生抑制装置において、前記正電極及び前記負電極は炭素を含む。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の生物発生抑制装置において、前記絶縁層は、前記物質に含まれる水分を重力によって透過させて前記物質を脱水する濾材を兼ねる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡便に汚泥中の害虫の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る生物発生抑制装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る生物発生抑制装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る生物発生抑制装置の層の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電圧測定開回路の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る閉回路の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る発電の結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電圧測定開回路における害虫の発生数の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る閉回路において銅スラグを用いた場合の害虫の発生数の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る閉回路においてガラスを用いた場合の害虫の発生数の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例に係る水田用生物発生抑制装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の比較対象の開回路の構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の比較対象の開回路における害虫の発生数の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
（生物発生抑制装置の構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１を含む汚泥脱水装置１の概要を示す図である。本実施形態では、汚泥脱水装置１は、一例として下水道における下水汚泥ＭＷの処理施設に設置される。
汚泥脱水装置１は、例えば、ポリエチレン製の筒状容器ＶＣ（例えば、ゴミ箱）を利用して構成され、その内部に汚泥堆積部Ｍと、絶縁体濾材Ｆと、水収容部Ａとが備えられている。
【００１３】
汚泥脱水装置１の汚泥堆積部Ｍの上部投入口から水分を含む下水汚泥ＭＷが投入される。投入された下水汚泥ＭＷは、絶縁体濾材Ｆの上部に層状に堆積する。絶縁体濾材Ｆは、下水汚泥ＭＷの水分は通過させるが、下水汚泥ＭＷ中の固形物は通過させない程度の網目構造を有する。具体的には、絶縁体濾材Ｆには、産業廃棄物からリサイクルされたガラスカレットや銅スラグなどが用いられる。絶縁体濾材Ｆの上部に堆積した下水汚泥ＭＷに含まれる水分は、重力により鉛直下方向に移動する。この水分は、絶縁体濾材Ｆを通過して水収容部Ａに落下する。つまり、絶縁体濾材Ｆは、下水汚泥ＭＷに含まれる水分を重力によって透過させて下水汚泥ＭＷを脱水する濾材である。
このように汚泥脱水装置１は、下水汚泥ＭＷから水分を取り除き下水汚泥ＭＷを軽量化することにより下水汚泥ＭＷを廃棄しやくする。
【００１４】
ここで、下水汚泥ＭＷには害虫の卵が含まれることがある。害虫とは、例えば、チョウバエである。チョウバエの種類には、ホシチョウバエやオオチョウバエが知られている。チョウバエの幼虫は、浄化槽、下水滞留層、畜舎、及び農園などの不完全な側溝の汚泥中に生息している。上述の汚泥脱水装置１による下水汚泥ＭＷの脱水作業には、ある程度の時間を要するため、脱水作業中に下水汚泥ＭＷ中の害虫の卵が孵化し、害虫の幼虫や成虫が発生することがある。
本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１は、汚泥脱水装置１の一部として構成され、脱水作業中において害虫の卵が孵化することを抑制する。
以下、この生物発生抑制装置Ｄ１の構成について説明する。生物発生抑制装置Ｄ１は、アノードＥＡと、カソードＥＣと、電流回路Ｃとを備える。電流回路Ｃは、導線ＣＤ１と、抵抗Ｒと、導線ＣＤ２とを含んで構成される。
【００１５】
次に図２を参照し、生物発生抑制装置Ｄ１が汚泥堆積部Ｍの下水汚泥ＭＷ中に微弱な電圧を発生させる仕組みについて説明する。
図２は、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１の構成の一例を示す図である。汚泥堆積部Ｍの下方には絶縁体濾材Ｆが設けられる。絶縁体濾材Ｆの下方には水収容部Ａが設けられる。汚泥堆積部Ｍの中にはアノード（負極）ＥＡが、絶縁体濾材Ｆと接して設けられる。水収容部Ａには、絶縁体濾材Ｆと接してカソード（正極）ＥＣが設置される。水収容部Ａは空気層を形成する。なお、カソードＥＣは、水収容部Ａに設けられた支持部（不図示）に支持されて絶縁体濾材Ｆと接してもよい。ここで指示部とは、例えば人口芝生である。
【００１６】
生物発生抑制装置Ｄ１は、微生物燃料電池の仕組みを利用し汚泥堆積部Ｍの下水汚泥ＭＷ中に微弱な電圧を発生させる。汚泥堆積部Ｍの中にアノードＥＡが設置されていることにより、汚泥堆積部Ｍの下水汚泥ＭＷ中に微弱な電圧が発生する。
【００１７】
ここで微生物燃料電池の動作原理は次の通りである。
下水汚泥ＭＷには、有機物Ｏと、この有機物Ｏを分解する微生物とが含まれている。下水汚泥ＭＷに含まれる微生物は、有機物Ｏを酸化分解することにより、水素イオン（プロトン）と、電子とを生成する。生成された電子は、汚泥堆積部Ｍの下水汚泥ＭＷ中に設置されているアノードＥＡに回収される。一方、生成された水素イオンは、重力による水分の移動に伴って絶縁体濾材Ｆを通過し、絶縁体濾材Ｆの水収容部Ａ側に設置されているカソードＥＣに到達する。つまり、カソードＥＣとアノードＥＡとに挟まれた絶縁体濾材Ｆは、水素イオンを媒介する。
アノードＥＡ及びカソードＥＣは、電流回路Ｃを介して互いに電気的に接続されている。アノードＥＡによって回収された電子は、電流回路Ｃを介してカソードＥＣに供給される。電流回路Ｃの導線（導線ＣＤ１及び導線ＣＤ２）を介して供給される電子と、絶縁体濾材Ｆを通過する水分によって供給される水素イオンと、カソードＥＣの周囲の空気に含まれる酸素とが結合することにより水が生成される。電流回路Ｃの導線（導線ＣＤ１及び導線ＣＤ２）をアノードＥＡからカソードＥＣに向けて電子が移動することにより、電流Ｉが生じる。つまり、アノードＥＡは、下水汚泥ＭＷに含まれる微生物が有機物Ｏを分解することにより有機物Ｏが発生させる電子を吸着することによりカソードＥＣとの間に起電力を生じさせる。
すなわち、生物発生抑制装置Ｄ１は、下水汚泥ＭＷに含まれる有機物Ｏを燃料とする微生物燃料電池として機能する。
【００１８】
図３は、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１の層の構成の一例を示す図である。生物発生抑制装置Ｄ１に流入する下水汚泥ＭＷに含まれる水分は、絶縁体濾材Ｆにより濾過され、濾過水ＦＷとして水収容部Ａへと染み出す。アノードＥＡは、堆積物Ｍとして堆積する汚泥により還元状態が維持される。一方、カソードＥＣは、水収容部Ａと接しており酸化状態が維持される。
【００１９】
アノードＥＡ及びカソードＥＣは、例えば、炭素棒や白金である。アノードＥＡ及びカソードＥＣは、炭素棒であることがコストの点において好ましい。つまり、アノードＥＡ及びカソードＥＣは、炭素を含むことが好ましい。
絶縁体濾材Ｆは、ガラスや銅スラグなどの絶縁体である。絶縁体濾材Ｆがガラスである場合、このガラスはリサイクルガラスであることがコストの点において好ましい。
【００２０】
（実験結果）
図４〜図９を参照して、生物発生抑制装置Ｄ１が発生させる電圧が、下水汚泥ＭＷ中の害虫の発生を抑制する効果をもつことを示す結果について説明する。
図４は、本実施形態に係る電圧測定開回路Ｃ１の構成の一例を示す図である。電圧測定開回路Ｃ１では、図１〜図３において示した生物発生抑制装置Ｄ１の電流回路Ｃから抵抗Ｒを外し、アノードＥＡとカソードＥＣとが電圧計Ｖにより接続されている。電圧計Ｖは、アノードＥＡとカソードＥＣとの間の電位差を測定する。第１絶縁体濾材Ｆ１は、一例としてガラスである。
電圧計Ｖの内部抵抗は、電圧計Ｖに流れる電流が微弱である程度に大きい。
【００２１】
図５は、本実施形態に係る閉回路Ｃ２の構成の一例を示す図である。閉回路Ｃ２では、抵抗Ｒを外さずに電圧計Ｖが、抵抗Ｒと並列に接続されている。第２絶縁体濾材Ｆ２は、一例として銅スラグまたはガラスである。
【００２２】
図６は、本実施形態に係る発電の結果の一例を示す図である。図６に示すグラフは、電圧計Ｖの測定値の、生物発生抑制装置Ｄ１を設置してから経過した日数に対する関係を示している。なお、下水汚泥ＭＷは、汚泥堆積部Ｍの下水汚泥ＭＷ中の微生物の餌、すなわち燃料が不足しないように、電圧が低下した時期において所定の量が投入されている。
【００２３】
第１電圧グラフＧ１は、電圧測定開回路Ｃ１の電圧計Ｖの計測値を示す。第２電圧グラフＧ２は、第２絶縁体濾材Ｆ２として銅スラグを用いた場合の閉回路Ｃ２の電圧計Ｖの計測値を示す。第３電圧グラフＧ３は、第２絶縁体濾材Ｆ２としてガラスを用いた場合の閉回路Ｃ２の電圧計Ｖの計測値を示す。
【００２４】
第１電圧グラフＧ１では、４回目の下水汚泥ＭＷを投入した後、電圧計Ｖの計測値は最大の約０．５ボルトとなった。４回目以降の下水汚泥ＭＷの投入においても電圧計Ｖの計測値は０．３ボルト前後の値となった。
第２電圧グラフＧ２では、４回目の下水汚泥ＭＷを投入した後、電圧計Ｖの計測値は最大の約０．５ボルトとなった。４回目以降の下水汚泥ＭＷの投入において電圧計Ｖの計測値は低下したが、下水汚泥ＭＷの度に電圧計Ｖの計測値は増加した。
第３電圧グラフＧ３では、２回目の下水汚泥ＭＷを投入した後、電圧計Ｖの計測値は最大の約０．１ボルトとなった。４回目以降の下水汚泥ＭＷの投入において電圧計Ｖの計測値は増加しなかった。
【００２５】
図７は、本実施形態に係る電圧測定開回路Ｃ１における害虫の発生数の一例を示す図である。第１個数グラフＮ１は、害虫の発生数の生物発生抑制装置Ｄ１を設置してから経過した日数に対する関係を示している。本実施形態における害虫であるチョウバエは、卵、幼虫、蛹を経て成虫となる。卵から成虫になるまでの期間は、ホシチョウバエ、オオチョウバエとも約２０日である。
第１個数グラフＮ１から、１００日以上が経過しても害虫は発生していないことがわかる。電圧測定開回路Ｃ１において、電圧計Ｖの内部抵抗は大きいため、微弱な電流しか流れず電力はほとんど消費されないが、生物発生抑制装置Ｄ１は、電圧を発生しさえすれば堆積物Ｍ中の害虫の発生を抑制することができる。
【００２６】
図８は、本実施形態に係る閉回路Ｃ２において銅スラグを用いた場合の害虫の発生数の一例を示す図である。第２個数グラフＮ２は、害虫の発生数の生物発生抑制装置Ｄ１を設置してから経過した日数に対する関係を示している。
第２個数グラフＮ２から、１００日以上が経過しても害虫は発生していないことがわかる。
【００２７】
図９は、本実施形態に係る閉回路Ｃ２においてガラスを用いた場合の害虫の発生数の一例を示す図である。第３個数グラフＮ３は、害虫の発生数の生物発生抑制装置Ｄ１を設置してから経過した日数に対する関係を示している。
第３個数グラフＮ３から、３２日目に害虫が発生し、５７日目以降に急激に増加したことがわかる。９０日目には約７００匹の害虫が発生した。図９に示す第３個数グラフＮ３と、図６に示す第３電圧グラフＧ３とから、害虫の発生を抑制するためには電圧の発生が必要であることがわかる。
【００２８】
ここで比較のために、図１１、図１２を参照し、配線のない開回路Ｃ０を用いた結果を説明する。
図１１は、比較対象の開回路Ｃ０の構成の一例を示す図である。開回路Ｃ０では、図１〜図３において示した生物発生抑制装置Ｄ１の電流回路Ｃから抵抗Ｒが外されている。そのため、アノードＥＡとカソードＥＣとの間に電位差は発生しない。
図１２は、比較対象の開回路Ｃ０における害虫の発生数の一例を示す図である。比較個数グラフＮ０は、害虫の発生数の生物発生抑制装置Ｄ１を設置してから経過した日数に対する関係を示している。
比較個数グラフＮ０から、２７日目に害虫が発生し、５９日目以降に急激に増加したことがわかる。９０日目には約３００匹の害虫が発生した。比較個数グラフＮ０から、害虫の発生を抑制するためには電圧の発生が必要であることがわかる。
【００２９】
（まとめ）
以上に説明したように、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１は、正電極（カソードＥＣ）と、負電極（アノードＥＡ）と、絶縁層（絶縁体濾材Ｆ）とを備える。
負電極（アノードＥＡ）は、有機物Ｏと生物とを含む物質（堆積物Ｍ）内に備えられ、有機物Ｏが発生させる電子を吸着することにより正電極（カソードＥＣ）との間に起電力を生じさせる。
絶縁層（絶縁体濾材Ｆ）は、正電極（カソードＥＣ）と負電極（アノードＥＡ）とに挟まれ有機物Ｏが発生させる水素イオンを媒介する。
【００３０】
この構成により、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１では、汚泥中に微弱な電圧を発生させることができるため、簡便に汚泥中の害虫の発生を抑制できる。本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１では、殺虫剤を用いずに微弱な電流により汚泥中の害虫の発生を抑制できる。
【００３１】
また、本実施形態の正電極（カソードＥＣ）及び負電極（アノードＥＡ）は炭素を含む。
この構成により、本実施形態に係る生物発生抑制装置Ｄ１は、正電極（カソードＥＣ）及び負電極（アノードＥＡ）が炭素を含まない場合に比べて低いコストにおいて汚泥中の害虫の発生を抑制できる。
【００３２】
また、本実施形態の絶縁層（絶縁体濾材Ｆ）は、物質（下水汚泥ＭＷ）に含まれる水分を重力によって透過させて物質（下水汚泥ＭＷ）を脱水する濾材を兼ねる。
一般的に、微生物燃料電池は、アノード側からカソード側への電子の移動を阻害しつつ、水素イオン（プロトン）を選択的に移動させるために、アノード側とカソード側との間にプロトン交換膜（ＰＥＭ：Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を備える場合がある。
本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１は、下水汚泥ＭＷの脱水のための濾材である絶縁体濾材Ｆが絶縁層を構成しており、重力により落下する水分を水素イオンの移動手段として用いている。したがって、本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１は、従来の一般的な微生物燃料電池において必要とされるプロトン交換膜を必要としない。
このため、本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１によれば、リサイクルガラスや銅スラグなど、簡易な材料により微生物燃料電池を構成することができる。
また、本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１によれば、脱水のための濾材である絶縁体濾材Ｆが絶縁層を兼ねているため、汚泥脱水装置１と生物発生抑制装置Ｄ１とを一つの装置として構成しやすい。このため、本実施形態の生物発生抑制装置Ｄ１によれば、汚泥の脱水による廃棄物の軽量化と、脱水中の汚泥からの害虫の発生の抑制とを一つの装置により両立することができる。
【００３３】
（変形例）
上記の実施形態においては、一例として、生物発生抑制装置Ｄ１が汚泥脱水装置１に含まれ下水道における下水汚泥ＭＷの処理施設に設置される場合について説明したが、生物発生抑制装置Ｄ１の設置方法及び設置場所はこれに限らない。生物発生抑制装置Ｄ１は、生ゴミなどの入ったゴミ収集容器に設置されてもよい。また、生物発生抑制装置Ｄ１は、水田に設置されてもよい。ここでは上記の実施形態の変形例として、水田に設置される水田用生物発生抑制装置Ｄ２について説明する。
【００３４】
図１０は、本変形例に係る水田用生物発生抑制装置Ｄ２の構成の一例を示す図である。図１０に示す水田用生物発生抑制装置Ｄ２と、図２に示す生物発生抑制装置Ｄ１とを比較すると、アノードＥＡが設けられる汚泥堆積部Ｍが水田用生物発生抑制装置Ｄ２の下側にあり、堆積物Ｍの上方に水層Ｗが設けられている点、及び絶縁体濾材Ｆが設けられていない点が異なる。
【００３５】
カソードＥＣは水層Ｗに設けられ、アノードＥＡの側において発生した水素イオンは水層Ｗ中を上方へと移動する。ここで水層Ｗは、水田に張られた水である。水層Ｗは、真水ではないが、水層Ｗ内に設けられたカソードＥＣと、堆積物Ｍ内に設けられたアノードＥＡとをほとんど絶縁する。なお、堆積物Ｍと水層Ｗとの間に絶縁体濾材Ｆａが設けてられてもよい。堆積物Ｍと水層Ｗとの間に設けられる絶縁体濾材Ｆａが設けられる場合、絶縁体濾材Ｆａは、例えば、薄膜状の絶縁体である。
水田用生物発生抑制装置Ｄ２は、水田において簡便に泥の中の害虫の発生を抑制することができる。
【００３６】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｄ１…生物発生抑制装置、ＶＣ…筒状容器、Ｍ…汚泥堆積部、Ｆ…絶縁体濾材、Ａ…水収容部、ＥＡ…アノード、ＥＣ…カソード、Ｃ…電流回路、Ｃ１…電圧測定開回路、Ｆ１…第１絶縁体濾材、Ｃ２…閉回路、Ｆ２…第２絶縁体濾材、Ｖ…電圧計、Ｄ２…水田用生物発生抑制装置、Ｗ…水層
【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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