(57)【要約】【課題】電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることにより、微生物燃料電池装置全体での発電量を向上させることを目的とする。【解決手段】廃水の流入口及び流出口を備えた容器及び前記容器内であって、平面視において前記流入口から流出口に向かう方向に沿って配列された複数の電極ユニットを備える微生物燃料電池廃水処理システム。【選択図】図１Ａ
2016147227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水の流入口及び流出口を備えた容器及び
前記容器内であって、平面視において前記流入口から流出口に向かう方向に沿って配列された複数の電極ユニットを備える微生物燃料電池廃水処理システム。
【請求項２】
前記複数の電極ユニットが一定間隔で配列されている請求項１に記載の微生物燃料電池廃水処理システム。
【請求項３】
前記流入口は、前記容器の側面の上方に配置されており、
前記容器は、平面視、前記流入口と前記電極ユニットとの間において、前記容器の側面に対面しかつ底面から離間した遮蔽部材をさらに有する請求項１又は２に記載の微生物燃料電池廃水処理システム。
【請求項４】
前記容器は、平面視、前記電極ユニットと前記流出口との間において、前記容器の上方に開放する越流堰をさらに有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の微生物燃料電池廃水処理システム。
【請求項５】
前記電極ユニットは、空気室を構成するように対面して配置されたカソードと、該カソードと離間しかつ該カソードに対面して配置されたアノードとを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の微生物燃料電池廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微生物燃料電池廃水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物燃料電池は、微生物の代謝能力を利用して有機物などの燃料を電気エネルギーに変換する装置であり、電池であるため、カソードとアノードとを備える。アノードでは、投入された燃料が微生物により酸化分解されて発生する電子を回収する。その電子は外部回路を経由してカソードに移動し、カソードでの酸化剤の還元反応により消費される。アノードでの化学反応とカソードでの化学反応との電位差に従い電子が流れるため、その電位差と電子流量（電流量）の積に相当するエネルギーが外部回路において得られる。
微生物燃料電池では、このような仕組みを効率的に行わせるために、カソード及びアノードを多数設置する必要がある。
そのために、例えば、廃水の流入方向に対して直交する方向に多段の電極ユニットを配置した微生物燃料電池が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電極ユニットが、廃水の流入方向に対して直交して配置される場合、廃水流入付近の前段部分では、有機物濃度が高いため電極単位面積当たりの発電量も多いが、後段に進むに従い、発電のために有機物が消費され、よって、有機物濃度が低くなる。これに伴い、電極ユニット当たりの発電量も低くなる傾向にある。また、前段部分は有機物濃度が高いため、電極ユニットへの発電菌及びその他微生物の付着が増大し、電極ユニット間が閉塞することにより、発電量の低下を招くことがある。
【０００５】
本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることにより、微生物燃料電池装置全体での発電量を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の発明を含む。
（１）廃水の流入口及び流出口を備えた容器及び
前記容器内であって、平面視において前記流入口から流出口に向かう方向に沿って配列された複数の電極ユニットを備える微生物燃料電池廃水処理システム。
（２）前記複数の電極ユニットが一定間隔で配列されている上記の微生物燃料電池廃水処理システム。
（３）前記流入口は、前記容器の側面の上方に配置されており、
前記容器は、平面視、前記流入口と前記電極ユニットとの間において、前記容器の側面に対面しかつ底面から離間した遮蔽部材をさらに有する上記の微生物燃料電池廃水処理システム。
（４）前記容器は、平面視、前記電極ユニットと前記流出口との間において、前記容器の上方に開放する越流堰をさらに有する上記の微生物燃料電池廃水処理システム。
（５）前記電極ユニットは、空気室を構成するように対面して配置されたカソードと、該カソードと離間しかつ該カソードに対面して配置されたアノードとを含む上記の微生物燃料電池廃水処理システム。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることにより、微生物燃料電池装置全体での発電量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムの一実施形態を模式的に示す概略平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの微生物燃料電池廃水処理システムで使用される電極ユニットを模式的に示す概略断面図である。
【図２Ａ】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムの別の実施形態を模式的に示す概略平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ’線断面図である。
【図３Ａ】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムの作用を示すグラフである。
【図３Ｂ】比較のための微生物燃料電池廃水処理システムの作用を示すグラフである。
【図４】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムのさらに別の実施形態で使用される電極ユニットを模式的に示す概略断面図である。
【図５Ａ】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムのさらに別の実施形態で使用される別の電極ユニットを模式的に示す概略側面図である。
【図５Ｂ】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムのさらに別の実施形態で使用されるさらに別の電極ユニットを模式的に示す概略側面図である。
【図６】図５Ａ又は５ＢのＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】本開示の微生物燃料電池廃水処理システムのさらに別の実施形態で使用されるさらに別の電極ユニットを模式的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の微生物燃料電池廃水処理システムは、主として、廃水の流入口及び流出口を備えた容器及びその中に配置された複数の電極ユニットを備える。
【００１０】
〔容器〕
容器は、電極ユニット及び有機物を含有する廃水を収容し、電極ユニットに廃水を接触させるための部材である。ここでの廃水は、家庭及び産業廃液、し尿、食品廃棄物、その他の有機性廃棄物及び汚泥等を包含する。
容器は、大きさ及び形状等特に限定されるものではなく、数リットルの実験室用の大きさから数千立方メートルの水処理プラントの大きさに適宜設定することができ、円、楕円又は多角形の柱状、錐状、錐台状等及びこれらに近似する形状に適宜設定することができる。なかでも、直方体、立方体等の四角柱の形状又はこれに近似する形状であることが好ましい。
容器は、鉛直方向における上方が開放されているなど、必ずしも密閉されていなくてもよい。
【００１１】
容器は、廃水の流入口及び流出口を備える。これらの流入口及び流出口はそれぞれ複数あってもよいが、微生物燃料電池廃水処理システムのシンプル化の観点から、各１つであることが好ましい。流入口及び流出口の大きさ及び形状は容器の大きさによって適宜設定することができる。
容器が四角柱又はこれに近似する形状である場合、流入口及び流出口は、容器の側面、特に、対向する側面にそれぞれ配置されることが好ましい。それらの位置は、鉛直方向及び水平方向において互いに異なっていてもよいが、鉛直方向及び／又は水平方向において同様の位置に配置されていることが好ましく、鉛直方向及び水平方向において同じ位置に配置されていることがより好ましい。なかでも、流入口及び流出口は、容器の側面の上方に配置されていることがさらに好ましい。
【００１２】
容器は、容器内での廃水の流れを制御するための遮蔽部材、越流堰等のさらなる部材を備えていてもよい。
遮蔽部材は、流入口から導入された廃水を、容器の水平方向及び／又は鉛直方向に広げるために設けられる部材であり、いわゆる邪魔板として機能する。遮蔽部材は、導入される廃水を容器の水平方向及び／又は鉛直方向に効率的に広げるために、板状であるものが好ましい。また、流入口よりも大きな平面積を有し、流入口が配置された容器の一面の水平方向の幅と同程度以下の幅、この一面の鉛直方向の高さ（長さ）の３０％（好ましくは５０％、より好ましくは７０％）程度以上の高さ（長さ）であることが好ましい。さらに、流入口の近傍において、流入口に対面して、さらに、流入口が配置された側面に対面して配置されていることが好ましく、流入口が配置された容器の側面に平行に配置されていることがより好ましい。また、遮蔽部材の流入口からより遠い部位が容器から離間するように、特に、容器の底面から遮蔽部材が離間するように配置されていることが好ましい。
【００１３】
なかでも、流入口が容器の側件の上方に配置されている場合には、遮蔽部材は、平面視における流入口と後述する電極ユニットとの間に配置され、容器の側面に対面しかつ容器の底面と離間して配置されていることが好ましい。言い換えると、容器の２つの対向する側面と連結するように配置されていることが好ましい。遮蔽部材の上端は、容器内に収容される廃水の水面より高い位置に配置されていればよい。
このような遮蔽部材によって、流入口から導入された廃水を、容器の水平方向及び／又は鉛直方向に効率的に広げることができ、より一層、後述する電極ユニットに対して、廃水を均一に、かつ、より大きな面積で接触させることができ、発電量の向上を図ることができる。
【００１４】
越流堰は、流入口から導入され、容器の水平方向及び／又は鉛直方向に広がった廃水の流れを、流出口の近傍まで維持し、直接流出口に向かう流れとならないよう、その流れを緩和するために設けられる部材である。越流堰は、流出口から離間して、その近傍において、流出口を水平方向及び鉛直方向において覆うように配置されていることが好ましい。例えば、越流堰は、流出口が配置された容器の一面の水平方向の幅と同程度以下の幅、流出口の直径（又は長さ）の５００％程度以下の高さで水平方向において流出口を被覆し、かつ、流出口の直径（又は長さ）の５００％程度以下の距離で鉛直方向において流出口を被覆するものが好ましい。
【００１５】
なかでも、流出口が容器の側面の上方に配置されている場合には、越流堰は、平面視における電極ユニットと流出口との間において、流出口が配置された側面と平行に対面し、かつ流出口が配置されていない容器の２つの対向する側面と連結するとともに、流出口が配置された面と垂直に連結し、かつ流出口の下方を覆うように配置されていることが好ましい。つまり、越流堰は、容器の上方において開放するように配置されていることが好ましい。
このような越流堰によって、流入口から導入され、容器の水平方向及び／又は鉛直方向に広げられた廃水を、より長時間又は長距離にわたって維持することができ、後述する電極ユニットに対して、廃水を均一に、かつ、より大きな面積で接触させることができる。よって、発電量の向上を図ることができる。
【００１６】
本明細書において、平行及び／又は垂直とは、基準となる面又は線に対して、±２０度程度、好ましくは±１０度程度の傾斜を許容する。
また、平面視とは、容器の上方（例えば、開放された側）から見た場合を意味する。
【００１７】
〔電極ユニット〕
容器内には、複数の電極ユニットが収容されている。これらの電極ユニットは、容器の平面視において、流入口から流出口に向かう方向に沿って配列されている。言い換えると、廃水を容器の流入口から導入し、流出口から排出する場合に、その廃水の流れを遮断しない方向に配列されている。従って、電極ユニットは、流入口及び流出口が容器の対向する面の水平方向において同様の位置に配置されている場合には、平面視において、流入口と流出口とを結ぶ直線Ａに平行に配置されていることが好ましい。流入口及び流出口が容器の対向する面の水平方向において異なる位置に配置されている場合には、平面視において、流入口と流出口とを結ぶ直線Ａに平行に配置されていてもよいが、流入口及び流出口が形成された対向する側面の最短距離となる直線Ｂに平行に配置されていることが好ましい。
【００１８】
このような電極ユニットの配置によって、複数の電極ユニットのいずれにおいても、流入口から導入される廃水における有機物濃度を同程度にすることができるため、複数の電極ユニットにおいて、電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることができる。その結果、微生物燃料電池システム全体での発電量を向上させることができる。
【００１９】
複数の電極ユニットは、それぞれ５ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で配列されていることが好ましく、１０〜１００ｍｍの間隔で配列されていることがより好ましい。間隔が狭すぎると、廃水及び／又は微生物による閉塞が起こりやすく、間隔が広すぎると、廃水との接触効率が悪くなる。また、各間隔の誤差範囲は５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。誤差範囲が低い程、各電極簡易流れる廃水の量は均一となる。このような配置によって、複数の電極ユニットに接触する廃水において、電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることができる。間隔は、容器の大きさ、用いる電極ユニットの大きさ、電極ユニットを構成するアノード及びカソードの厚み等によって適宜設定することができる。
【００２０】
電極ユニットは、通常、空気室を構成するように対面して配置されたカソードと、これらカソードと離間し、互いに対面して配置されたアノードとを含んで構成される。アノードとカソードとは、導線等で接続されている。
アノードとカソードとの間隔は、内部抵抗の低減及び効率的な電気エネルギーの回収の観点から、１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。
【００２１】
アノードとカソードとの間には、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜（陽イオン交換膜）等のイオン性透過性膜が配置されていることが好ましい。イオン透過性膜は、アノードから発生した水素イオンを透過させることができる。この水素イオンが、イオン透過性膜を介してカソードに効果的に供給されて、カソードでの酸素の還元に効果的に利用させることができる。
イオン透過性膜の市販品としては、例えば、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ  １１５」、ＩＯＮＩＣＳ社製「ＮＥＰＴＯＮ  ＣＲ６１ＡＺＬ−３８９」、トクヤマ社製「ＮＥＯＳＥＰＴＡ  ＣＭ−１」及び「ＣＭＢ」、旭硝子社製「Ｓｅｌｅｍｉｏｎ  ＣＳＶ」等を用いることができる。イオン透過性膜の厚みは、例えば、１０μｍ〜１ｍｍが挙げられる。
【００２２】
アノード及び／又はカソードは、導電性基材によって形成されているが、例えば、導電性基材と、導電性基材の表面を被覆している被膜とを備えることが好ましい。アノード及び／又はカソードは、例えば、抵抗率が１０−５〜１０５Ω・ｃｍ程度であることが好ましい。ここで、抵抗率は、ＪＩＳ  Ｋ７１９４−１９９４の記載を参照して、以下の式：ρ＝ｔ・Ｒ（ρ：抵抗率（Ω・ｃｍ）、ｔ：試験片の厚さ（ｃｍ）、Ｒ：抵抗（Ω））によって得ることができる。このような範囲によって、効率的に発電させることができる。
【００２３】
被膜は、例えば、導電性カーボン材料及び樹脂によって形成することができる。被膜の形成方法は特に限定されないが、例えば、導電性カーボン材料、樹脂及び有機溶剤を含む導電性カーボン材料含有液を、導電性基材に塗布した後、有機溶剤を蒸発させて除去することにより形成することができる。これにより、導電性及び耐腐食性を向上させ、かつ安価にすることができるとともに、電気エネルギーの回収効率を高めることができる。
【００２４】
導電性カーボン材料としては、炭素繊維、チョップドカーボン、ミルドカーボン、カーボンブラック、活性炭、黒鉛、グラファイト及びカーボンナノチューブ等が挙げられる。導電性カーボン材料は、３〜１００程度のアスペクト比を有することが好ましい。導電性カーボン材料は、樹脂１００重量部に対して、１０〜５００重量部で用いることができる。
【００２５】
樹脂としては、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂又はポリビニルブチラール樹脂が好ましい。これらの樹脂は、架橋性樹脂であることが好ましい。そのために、樹脂は、ラジカル開始剤、紫外線、電子線又は放射線等の活性放射線、硬化剤、架橋剤等を利用して架橋を構成する官能基を有する構造単位を含んでいるものが好ましい。
【００２６】
有機溶剤は、特に限定されるものではなく、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸−ｎ−ブチル、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ナフサ、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、メチレンクロライド、プロピレンクロライド、エチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、トルエン、キシレン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、酢酸、テルピネオール、ブチルカルビトール及びブチルカルビトールアセテート等を用いることができる。有機溶剤は、例えば、樹脂１００重量部に対して、３０〜５００重量部で用いることができる。
【００２７】
導電性基材に導電性カーボン材料含有液を塗布する方法は、特に限定されない。この塗布方法としては、スプレー塗布、カーテンフロー塗布、ロールコート、ハンドレイアップ、スプレーアップ、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷及びインクジェット印刷等が挙げられる。
【００２８】
導電性基材の材料は、カーボン材料ではないことが好ましい。そのような材料としては、ステンレス、チタン、銅及びアルミニウム等の金属が挙げられる。導電性基材は、フィルム状、シート状、メッシュ状又はウール状のいずれでもよい。
導電性基材の厚みは、５０μｍ〜２００ｍｍ程度とすることができる。
導電性基材の導電性カーボン材料による被覆重量（上記導電性基材の単位外形面積あたりの上記導電性カーボン材料による被覆重量）は、５〜１，０００ｇ／ｍ２程度とすることが好ましい。言い換えると、被膜の厚みは、３〜３００μｍ程度とすることが好ましい。
【００２９】
導電性基材には、酸素還元触媒が坦持又は塗布されていることが好ましい。酸素還元触媒としては、白金等の貴金属触媒、鉄系触媒、マンガン系触媒及びカーボンアロイ系触媒等が挙げられる。そのために、導電性カーボン材料含有液に、酸素還元触媒を含有させることにより、坦持又は塗布させることができる。あるいは、有機溶剤を蒸発させて除去した後、酸素還元触媒を塗布することにより坦持又は塗布させてもよい。
【００３０】
通常、アノードは、フィルム状に表面に微生物が付着している。この微生物によって、有機物から水素イオン及び電子が生成する。微生物を効果的に担持するために、アノードの比表面積は大きいことが好ましい。有機物を含む廃水が通過するように孔を有していてもよく、多孔質体であることが好ましい。そのために、アノードは、例えば、炭素繊維、チタンなどの各種の導電性金属によって形成することができる。その形態は、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。アノードの厚みは、例えば、５０μｍ〜２００ｍｍ程度が挙げられる。なお、カソードがこのような形態であってもよい。
【００３１】
アノードに付着させる微生物としては、好気性微生物でもよいが、嫌気性微生物であることが好ましい。また、微生物は、微生物の細胞膜内で電子伝達系を終結しない微生物が望ましい。細胞膜外で電子をアノードで捕捉しやすく、アノードへの電子伝達を触媒する微生物を利用することが望ましい。微生物として、硫黄Ｓ（０）還元菌、三価鉄Ｆｅ（ＩＩＩ）還元菌、二酸化マンガンＭｎＯ２還元菌及び脱塩素菌などが好ましく用いられる。例えば、Desulfuromonas sp.、Desulfitobacterium sp.、Geobivrio thiophilus sp.、Clostridium thiosulfatireducens sp.、Thermoterrabacterium ferrireducens sp.、Geothrix sp.、Geobacter sp.、Geoglobus sp.及びShewanella putrefaciens sp.等が挙げられる。
【００３２】
以下、実施例を挙げて本発明の微生物燃料電池廃水処理システムを、図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
この実施形態の微生物燃料電池廃水処理システム１０は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、容器１１と、その中に収容された複数の電極ユニット１２とを備えて構成される。
容器１１は、例えば、直方体形状（２６ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍ）を有し、上方が開放されている。
容器１１は、廃水１６用の流入口１１ａ及び流出口１１ｂがそれぞれ１つずつ、容器１１の対面する側面に設けられている。流入口１１ａ及び流出口１１ｂは、いずれも、容器１１の側面の水平方向の中央であって、鉛直方向では上方に配置されている。流入口１１ａ及び流出口１１ｂの直径は、例えば、１ｃｍである。
容器１１内には、廃水１６が収容されており、通常、その水面は、電極ユニット１２を略完全に浸漬する位置に配置されている。
このような容器では、流入口１１ａからの廃水１６の流入速度は１８〜５４Lに設定されており、８〜２４時間程度かけて流出口１１ｂから流出される。
【００３３】
容器１１内に収容された電極ユニット１２は、平面視において流入口１１ａから流出口１１ｂに向かう方向に沿って配列されている。つまり、廃水等を容器の流入口から導入し、流出口から排出する場合に、その廃水の流れを遮断しない方向に配列されている。ここでは、複数の電極ユニット１２は、いずれも流入口１１ａと流出口１１ｂとを結ぶ直線に平行に配置されており、互いに一定間隔（例えば、１．５ｃｍ）で並列している。
【００３４】
電極ユニット１２は、図１Ｃに示すように、空気室１３を構成するように対面して配置されたカソード１４と、これらカソード１４と離間し、互いに対面して配置されたアノード１５とを含んで構成される。カソード１４とアノード１５とは、導線で接続されているが、図１Ａ〜１Ｃではその記載を省略している。
例えば、上述したように、容器の深さが３０ｃｍ、奥行きが３０ｃｍである場合、電極ユニット１２の大きさは、例えば、２２ｃｍ×３２ｃｍ程度である。また、１つの電極ユニット１２において、カソード１４とアノード１５との間隔は、例えば、５ｍｍである。
カソード１４は、カーボンペーパー（東レ社製カーボンペーパー「ＴＧＰ−Ｈ−１２０」）にポリテトラフルオロエチレン層を焼結させたエアカソードを用いた。カソード電極の触媒として、白金触媒（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ」）を用い、触媒のバインダーとして、ナフィオン溶液（シグマアルドリッチジャパン社「Ｎａｆｉｏｎ  ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｒｅｓｉｎ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ」）を用いた。白金は担持量が４ｍｇ／ｃｍ２になるように、上記カソード電極のアノードを設置した側に塗布した。
アノード１５には、グラファイトフェルト（繊維状物、導電性カーボン材料、綜合カーボン社製）を用いた。
【００３５】
このように、容器内であって、平面視において流入口から流出口に向かう方向に沿って複数の電極ユニットが配置されているため、廃水を容器の流入口から導入し、流出口から排出する場合に、その廃水の流れを遮断することなく、複数の電極ユニットのいずれにおいても、流入口から導入される廃水に均一に接触させることができる。そのために、廃水における有機物濃度を同程度にすることができる。その結果、複数の電極ユニットにおいて、電極ユニット当たりの発電量の均一化を図ることができ、微生物燃料電池システム全体での発電量を向上させることができる。
【００３６】
（実施形態２）
この実施形態の微生物燃料電池廃水処理システム２０は、図２Ａ及び２Ｂに示すように、容器２１と、その中に収容された複数の電極ユニット１２とを備えて構成される。
容器２１は、微生物燃料電池廃水処理システム１０の容器１１と同様の形状及び大きさで、同様の廃水１６用の流入口２１ａ及び流出口２１ｂを備え、同様の電極ユニット１２を収容しているが、容器２１内に、さらに、遮蔽部材２２及び越流堰２３を備える。
【００３７】
遮蔽部材２２は、流入口２１ａから導入された廃水１６を、容器１１の水平方向及び鉛直方向に広げるために設けられる板状の部材である。遮蔽部材２２は、流入口２１ａが配置された容器２１の側面の水平方向の幅と同程度の幅を有し、側面の鉛直方向の高さ（長さ）の８０％程度の高さ（長さ）を有している。従って、容器２１の流入口２１ａ及び流出口２１ｂが配置されていない対向する２つの側面と連結し、かつ容器２１の底面と５ｃｍ程度離間して配置されている。また、遮蔽部材２２は、流入口２１ａの近傍において、流入口２１ａが配置された容器２１の側面に平行に、流入口２１ａに対面して配置されている。遮蔽部材２２の上端は、容器２１内に収容される廃水１６の水面より若干高い位置に配置されている。
このような遮蔽部材２２によって、流入口２１ａから導入された廃水１６は、容器２１内において、図２Ｂ中の矢印で示すように、水平方向及びは鉛直方向に効率的に広げることができ、より一層、電極ユニット１２に対して、廃水１６を均一に、かつ、より大きな面積で接触させることができ、発電量の向上を図ることができる。
【００３８】
越流堰２３は、流入口２１ａから導入され、容器２１の水平方向及び鉛直方向に広がった廃水１６の流れを、流出口２１ｂの近傍まで維持し、直接流出口３１ｂに向かう流れとならないようにその流れを緩和する。越流堰２３は、流出口２１ｂの近傍において、流出口２１ｂから離間して、流出口２１ｂを水平方向及び鉛直方向において覆うように配置されている。つまり、越流堰２３は、流出口２１ｂが配置された容器の側面の水平方向の幅と同程度の幅、流出口２１ｂの直径の２００％程度の高さで、断面視Ｌ字状の縦線に相当するように、その側面に平行に対面して、流出口２１ｂを被覆するとともに、流出口２１ｂの直径の１５０％程度の距離で、断面視Ｌ字状の横線に相当するように、流出口２１ｂが配置された側面に垂直に、流出口２１ｂの下方を被覆している。
【００３９】
このような越流堰２３によって、流入口２１ａから導入され、図２Ｂの矢印で示すように容器２１の水平方向及び鉛直方向に広げられた廃水１６を、より長時間又は長距離にわたって維持することができ、電極ユニットに対して、廃水を均一に、かつ、より大きな面積で接触させることができる。よって、発電量のより一層の向上を図ることができる。
【００４０】
（実施形態３）
この実施形態の微生物燃料電池廃水処理システムは、図１Ａに示す微生物燃料電池廃水処理システムにおいて、容器内に１０個の電極ユニットを配置した以外は、微生物燃料電池廃水処理システム１０と同様の構成を有する。複数の電極ユニットの間隔は一定であり、実施形態１及び２より大きい（例えば、１．６ｃｍ）。
【００４１】
また、比較のために、従来の微生物燃料電池廃水処理システムとして、上述した微生物燃料電池廃水処理システムにおいて、１０個の電極ユニットを９０度回転させ、１０個の電極ユニットが、いずれも流入口と流出口とを結ぶ直線に垂直に、互いに一定間隔で配置したものを作製した。
【００４２】
これらの微生物燃料電池廃水処理システムにおいて、流入口からＣＯＤが１２００ｍｇ／リットルの廃水を３０L／ｄの流入速度で流入し、１４時間かけて流出口から排出するように稼動させた場合の各電極ユニット近傍におけるＣＯＤの値及び各電極ユニットの電力量（ｍＷ／ｍ２）を測定した。
ＣＯＤの測定には、ＶＡＲＩＯ  ＣＯＤ測定試薬ＬＲ（セントラル科学株式会社より入手）と、吸光度式水質測定器  ｐｈｏｔｏＬａｂ  ６１００  ＶＩＳ（セントラル科学株式会社より入手）を使用し、測定した。測定は前記試薬、前記測定器のマニュアルに準拠し実施した。
各ユニットの電力量Ｐ（ｍＷ／ｍ２）は、各ユニットに外部抵抗Ｒ（Ω）を接続した際の電圧値Ｖ（Ｖ）と電極ユニットに使用されているカソードの面積Ａ（ｍ２）から、計算式Ｐ＝（Ｖ２×１０００）／（Ｒ・Ａ）を用いて求め、外部抵抗を１０００Ωから１Ωまで変化させた際のＰの最大値を採用した。なお、実施形態３におけるカソードの面積Ａは０．１ｍ２であった。
【００４３】
その結果、本実施形態の微生物燃料電池廃水処理システムでは、図３Ａに示すように、１０個の電極ユニットのいずれの近傍においても、ＣＯＤ値が略均一な廃水が存在していることが確認され、それによる各電極ユニットでの均一の電力量の確保を実現することが確認された。
これによって、数ヶ月及び数年単位に及ぶ長期にわたって、効率的な発電量の確保が発揮されることが期待される。
一方、比較例である従来例の微生物燃料電池廃水処理システムでは、図３Ｂに示すように、流入口に近い電極ユニットの近傍では、ＣＯＤ値が高いため電極単位面積当たりの発電量も多いが、注入口から遠ざかるに従い、ＣＯＤ値が顕著に低くなり、電極ユニット当たりの発電量も顕著に低くなることが確認された。
【００４４】
（実施形態４）
この実施形態４の微生物燃料電池廃水処理システムは、図４に示すような電極ユニット３２を用いる以外、実施形態２の微生物燃料電池廃水処理システム２０と同様の構成を有する。
この電極ユニット３２は、アノード３５と、カソード３４と、導線３８とを備える。２つのカソード３４の間には空気層３３が配置され、アノード３５とカソード３４との間にはイオン透過性膜３７をさらに備える。カソード３４と空気層３３の間には撥水性通気性膜３６をさらに備える。
【００４５】
アノード３５及びカソード３４は、いずれも、導電性カーボン材料含有液としてＪＥＬＣＯＮ  ＣＨ−８（十条ケミカル社製、粉体状の炭素を含有、樹脂を含有、有機溶剤を含有）を用いて、導電性基材（ステンレスメッシュ、材質ＳＵＳ３０４、８０メッシュ、線径０．１２ｍｍ）の表面に導電性カーボン材料（粉体状の炭素）を固定したものである。導電性基材の粉体状の炭素と樹脂とによる被覆重量は３０ｇ／ｍ２であり、抵抗率ρは、１．７×１０−３Ω・ｃｍである。
【００４６】
（実施形態５）
この実施形態５の微生物燃料電池廃水処理システムは、アノード及びカソードを以下で得られたものとした以外、実施形態４の微生物燃料電池廃水処理システムと同様の構成を有する。
導電性基材として、ステンレスメッシュ（材質ＳＵＳ３０４、２０メッシュ、線径０．２１ｍｍ）、導電性カーボン材料として、炭素繊維を細かく粉砕したミルドカーボン（大阪ガスケミカル社製「ドナカーボ・ミルド  Ｓ−２４４」、繊維径１３μｍ、平均繊維長０．７ｍｍ、アスペクト比５４）、樹脂としてポリビニルブチラール（積水化学工業社製「エスレックＢ・Ｋ  ＢＬ−１」）を用い、導電性カーボン材料であるミルドカーボン３３０重量部と、ポリビニルブチラール１００重量部と、エタノール１０００重量部とを撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料が分散された導電性カーボン材料含有液を用いた。このカーボン材料含有液中に、導電性基材であるステンレスメッシュ（材質ＳＵＳ３０４、４０メッシュ、線径０．１２ｍｍ）を浸してすくいあげ、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、アノード及びカソードを作製した。導電性基材の導電性カーボン材料と樹脂とによる被覆重量は６３ｇ／ｍ２であり、抵抗率ρは、４．４×１０１Ω・ｃｍである。
【００４７】
（実施形態６）
この実施形態６の微生物燃料電池廃水処理システムは、アノード及びカソードを以下で得られたものとした以外、実施形態４の微生物燃料電池廃水処理システムと同様の構成を有する。
導電性カーボン材料として、炭素繊維を細かく粉砕したミルドカーボン（大阪ガス社製「ドナカーボ・ミルド  Ｓ−２４４」、繊維径１３μｍ、平均繊維長０．７ｍｍ、アスペクト比５４）を用い、導電性カーボン材料であるミルドカーボン３３０重量部と、ポリビニルブチラール（積水化学工業社製「エスレックＢ・Ｋ  ＢＬ−１」）１００重量部と、エタノール１０００重量部とを撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料が分散された導電性カーボン材料含有液を用いた。このカーボン材料含有液中に、導電性基材であるステンレスメッシュ（材質ＳＵＳ３０４、４０メッシュ、線径０．１２ｍｍ）を浸してすくいあげ、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、アノード及びカソードを作製した。導電性基材の導電性カーボン材料による被覆重量は６３ｇ／ｍ２であり、抵抗率ρは、４．４×１０１Ω・ｃｍである。
【００４８】
（実施形態７）
この実施形態７の微生物燃料電池廃水処理システムは、アノード及びカソードを以下で得られたものとした以外、実施形態４の微生物燃料電池廃水処理システムと同様の構成を有する。
導電性カーボン材料である黒鉛（伊東黒鉛社製「ＰＣ９９−３００Ｍ」、平均粒径４２μｍ）３３０重量部と、ポリビニルブチラール（積水化学工業社製「エスレックＢ・Ｋ  ＢＬ−１」）１００重量部と、白金触媒（白金の重量含有率６７％）と、エタノール１０００重量部を撹拌し、混合することにより、導電性カーボン材料及び白金触媒が分散された導電性カーボン材料含有液を用いた。このカーボン材料含有液中に、導電性基材であるステンレスメッシュ（材質ＳＵＳ３０４、４０メッシュ、線径０．１２ｍｍ）を浸してすくいあげ、８０℃のオーブン内に１０分間静置して有機溶媒を蒸発させて除去することにより、アノード及びカソードを作製した。導電性基材の導電性カーボン材料による被覆重量は６３ｇ／ｍ２である。
【００４９】
（実施形態８）
この実施形態８の微生物燃料電池廃水処理システムは、図５Ａ又は図５Ｂのいずれか及び図６に示すようなカソードを備える電極ユニットを用いた以外、実施形態２の微生物燃料電池廃水処理システム２０と同様の構成を有する。
図５Ａ又は図５Ｂに示すエアカソード４４Ａ、４４Ｂは、第１のカソード４５及び第２のカソード４６と、空気送入部４７と、空気送出部４８と、板状の仕切り部材４９と、枠材４２を備える。枠材４２を介して、第１のカソード４５と第２のカソード４６とが対向配置されており、これらの間に内部空間が存在し、内部空間が空気室４３を形成している。
【００５０】
エアカソード４４Ａ、４４Ｂの一端側に、空気送入部４７及び空気送出部４８が配置されている。空気送入部４７は、空気室４３内に空気を送り込むために設けられている。空気送出部４８は、空気室４３内から空気を送り出すために設けられている。エアカソード４４Ａ、４４Ｂは、複数の空気送入部４７及び複数の空気送出部４８を有する。仕切り部材４９により、空気送出部が複数であっても、空気室内で空気を充分に移動させることができる。
空気送入部４７及び空気送出部４８の数及びその順序は、図５Ａ又は図５Ｂに示すように、任意に変更することができる。
【００５１】
（実施形態９）
この実施形態の微生物燃料電池廃水処理システムは、図７に示す電極ユニットを用いた以外、実施形態２の微生物燃料電池廃水処理システム２０と同様の構成を有する。
この電極ユニットは、第１のカソード４５及び第２のカソード４６と空気室４３とを有する１つのエアカソード４４Ａ又は４４Ｂと、２つの第１及び第２のアノード５３、５４と、２つの第１及び第２のイオン透過性膜５５、５６とを備える。第１のイオン透過性膜５５は、エアカソード１の第１の表面側に配置されている。第１のアノード５３は、第１のイオン透過性膜５５のエアカソード４４Ａ又は４４Ｂ側とは反対の表面側に配置されている。第２のイオン透過性膜５６は、エアカソード４４Ａ又は４４Ｂの第１の表面とは反対の第２の表面側に配置されている。第２のアノード５４は、第２のイオン透過性膜５６のエアカソード４４Ａ又は４４Ｂ側とは反対の表面側に配置されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０、２０  微生物燃料電池廃水処理システム
１１、２１  容器
１１ａ、２１ａ  流入口
１１ｂ、２１ｂ  流出口
１２、３２、５２  電極ユニット
１３、３３、４３  空気室
１４、３４  カソード
１５、３５  アノード
１６  廃水
２２  遮蔽部材
２３  超流堰
３６  撥水性通気性膜
３７  イオン交換膜
３８  導線
４２  枠材
４４Ａ、４４Ｂ  エアカソード
４５  第１のカソード
４６  第２のカソード
４７  空気送入部
４８  空気送出部
４９  仕切り部材
５３  第２のアノード
５４  第１のアノード
５５  第１のイオン透過性膜
５６  第２のイオン透過性膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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