(57)【要約】【課題】電気エネルギーを投じる必要がなく、さらに装置を小型化することが可能な水処理装置を提供する。【解決手段】水処理装置（１００）は、表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含む負極（２０）と、少なくとも一部が気相（９０）に露出し、酸素還元触媒を備えるガス拡散電極からなる正極（１０）とを備える。さらに当該水処理装置は、負極及び正極に、電気的に接続する外部回路（１１０）と、リン化合物を含む電解液を保持する電解液処理槽（８０）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】
表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含む負極と、
少なくとも一部が気相に露出し、酸素還元触媒を備えるガス拡散電極からなる正極と、
前記負極及び前記正極に電気的に接続する外部回路と、
リン化合物を含む電解液を保持する電解液処理槽と、
を備える、水処理装置。
【請求項２】
前記外部回路は、前記負極と前記正極との間を流れる電流を制御する電流制御部を備える、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記負極及び前記電解液の少なくとも一方は、好気性微生物及び嫌気性微生物の少なくとも一方を保持する、請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記電解液に含まれる有機性物質を除去するための有機性物質処理部をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関する。詳細には本発明は、廃水中に含まれるリン化合物を除去するための水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃水中に含まれるリン化合物を除去するために、種々の水処理方法が提供されている。リン化合物の除去方法としては、例えば、鉄電解法や、微生物を用いたＡＯＡ法、凝集材添加による凝集沈殿法等が知られている。特に、鉄電解法は長期間安定的にリン化合物を除去でき、さらに鉄の溶解量を容易に制御できるという優位性があるため、廃水処理に好ましく用いられている。
【０００３】
このような鉄電解法によるリン化合物の除去方法としては、例えば特許文献１に記載の汚水処理方法が開示されている。特許文献１の方法は、電気化学的に金属電極から金属イオンを溶出させ、汚水中に含まれるリン化合物と金属イオンとを結合させることでリン化合物を除去する汚水処理方法である。つまり、汚水中に鉄およびアルミニウムの一方からなる金属電極を浸漬し、浸漬された金属電極に通電することで、金属電極から電気化学的に金属イオンを溶出させる。そして、溶出した金属イオンと汚水中に含まれるリン化合物とを結合させ、沈殿させることにより、汚水中のリン化合物を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０６６９７号明細書
【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のような鉄電解型の除去方法では、金属電極を電解するために電気エネルギーを投じる必要があった。さらに、当該金属電極および対電極に電流を流すための電源を設ける必要があることから、従来の鉄電解型のリン除去方法では装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
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、電気エネルギーを投じる必要がなく、さらに装置を小型化することが可能な水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る水処理装置は、表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含む負極と、少なくとも一部が気相に露出し、酸素還元触媒を備えるガス拡散電極からなる正極とを備える。さらに当該水処理装置は、負極及び正極に電気的に接続する外部回路と、リン化合物を含む電解液を保持する電解液処理槽とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気エネルギーを投じる必要がなく、さらに装置を小型化することが可能な水処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】上記水処理装置における水処理ユニットを示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す斜視図である。
【図５】図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る水処理装置の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態に係る水処理装置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。
【００１１】
［第一実施形態］
本実施形態に係る水処理装置１００は、図１及び図２に示すように、水処理ユニット１を備えている。そして、水処理ユニット１は、正極１０、負極２０及びセパレータ３０からなる電極接合体４０を備えている。水処理ユニット１では、セパレータ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、セパレータ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がセパレータ３０と接触し、第一撥水層１１が気相９０側に露出している。
【００１２】
そして、図３に示すように、電極接合体４０は、カセット基材５０に積層されている。カセット基材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、カセット基材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、カセット基材５０の側面５３は、正極１０の面１０ａの外周部と接合されており、側面５３の反対側の側面５４は、板部材６０の面６０ａの外周部と接合されている。
【００１３】
図２に示すように、電極接合体４０、カセット基材５０及び板部材６０を積層してなる水処理ユニット１は、大気と連通した気相９０が形成されるように、電解液処理槽８０の内部に配置される。電解液処理槽８０の内部には被処理液である電解液７０が保持されており、正極１０、負極２０及びセパレータ３０は電解液７０に浸漬されている。
【００１４】
後述するように、正極１０は撥水性を有する第一撥水層１１を備えており、板部材６０は電解液７０を透過しない平板状の板材からなる。そのため、電解液処理槽８０の内部に保持された電解液７０とカセット基材５０の内部とは隔てられ、電極接合体４０、カセット基材５０及び板部材６０により形成された内部空間は気相９０となっている。そして、水処理装置１００では、この気相９０が外気に開放されるか、あるいはこの気相９０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１１０と電気的に接続されている。
【００１５】
（正極）
本実施形態に係る正極１０は、図２に示すように、第一撥水層１１と、第一撥水層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９０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になる。
【００１６】
正極１０における第一撥水層１１は、撥水性と酸素透過性とを併せ持つ層である。第一撥水層１１は、水処理ユニット１における電気化学系中の気相と液相とを良好に分離しながら、気相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、第一撥水層１１は、気相９０中の酸素を透過し、ガス拡散層１２へ移動させつつも、電解液７０が気相９０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。
【００１７】
第一撥水層１１は、酸素を含む気相９０と接触しており、気相９０中の酸素を拡散している。そして、第一撥水層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、第一撥水層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、第一撥水層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、第一撥水層１１の内部に電解液７０が染み込み難いため、第一撥水層１１における気相９０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。
【００１８】
第一撥水層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、第一撥水層１１を構成する材料は、撥水性を有し、気相９０中の酸素を拡散できれば特に限定されない。第一撥水層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、第一撥水層１１は、第一撥水層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。
【００１９】
第一撥水層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、第一撥水層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。
【００２０】
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を備えることで、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１１０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１１０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。
【００２１】
正極１０では、安定的な性能を確保するために、酸素が第一撥水層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、第一撥水層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。
【００２２】
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、第一撥水層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、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、第一撥水層１１とガス拡散層１２との間の接着性を確保する観点から、第一撥水層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、第一撥水層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、接着剤は第一撥水層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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。さらに、ガス拡散層１２における導電性材料としては、メッシュ及び発泡体等の金属材料も用いることができる。
【００２６】
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２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。
【００２７】
また、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。支持体が導電体の場合には、炭素系材料を担持した導電性材料が支持体の表面上に配置されることで、支持体が集電体としても機能し得る。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
炭素系材料には、更に窒素、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
触媒として構成される炭素系材料を調製する際の、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は、例えば次のようにして得られる。まず炭素源原料と金属化合物と非金属化合物とを混合し、更に必要に応じてエタノール等の溶媒を加えて全量を調整する。これらを更に超音波分散法により分散させる。続いて、これらを適宜の温度（例えば６０℃）で加熱した後に、混合物を乾燥して溶媒を除去する。これにより、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が得られる。
【００３９】
次に、得られた混合物を、例えば還元性雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下で加熱する。これにより、炭素源原料に非金属原子がドープされ、さらに非金属原子と金属原子とが配位結合することで金属原子もドープされる。加熱温度は８００℃以上１０００℃以下の範囲内であることが好ましく、加熱時間は４５秒以上６００秒未満の範囲内であることが好ましい。加熱時間が短時間であるため、炭素系材料が効率よく製造され、しかも炭素系材料の触媒活性が更に高くなる。なお、加熱処理における、加熱開始時の混合物の昇温速度は、５０℃／ｓ以上であることが好ましい。このような急速加熱は、炭素系材料の触媒活性を更に向上する。
【００４０】
また、炭素系材料を、更に酸洗浄してもよい。例えば炭素系材料を、純水中、ホモジナイザーで３０分間分散させ、その後この炭素系材料を２Ｍ硫酸中に入れて、８０℃で３時間攪拌してもよい。この場合、炭素系材料からの金属成分の溶出が抑えられる。
【００４１】
このような製造方法により、不活性金属化合物及び金属結晶の含有量が著しく低く、かつ、導電性の高い炭素系材料が得られる。
【００４２】
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。
【００４３】
（負極）
本実施形態に係る負極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、電解液７０中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方から水素イオン及び電子を生成する。
【００４４】
そして、負極２０は、表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含むことが好ましい。後述するように、本実施形態の水処理装置１００では、負極２０中の鉄が鉄イオンとして電解液７０に溶出し、さらに溶出した鉄イオンと汚水中に含まれるリン酸イオンとを結合させることで、不溶性のリン化合物を沈殿させる。そのため、負極表面に不動態皮膜のような薄い酸化物皮膜が存在すると、鉄の溶出が阻害されるため、不動態皮膜は存在しないことが好ましい。
【００４５】
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ことが好ましい。そして、導電体シートとしては、表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含むシートを用いる。なお、導電体シートとしては、鉄又は炭素鋼からなるシートを用いることが好ましい。
【００４６】
負極２０を構成する導電体シートは、複数の細孔を有することが好ましい。導電体シートとして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セパレータ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、セパレータ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】
負極２０に担持される微生物としては、電解液７０中の有機性物質、又は窒素を含む化合物を分解して、水素イオン及び電子を生成する微生物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、電解液７０中の有機性物質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。
【００４８】
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。
【００４９】
負極２０に、嫌気性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に嫌気性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、嫌気性微生物は、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、嫌気性微生物は、負極２０の表面だけでなく、内部に保持されていてもよい。
【００５０】
（セパレータ）
本実施形態の水処理ユニット１は、正極１０と負極２０との間に設けられ、プロトン透過性を有するセパレータ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、セパレータ３０を介して正極１０と隔てられている。セパレータ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。
【００５１】
セパレータ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。
【００５２】
また、セパレータ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、セパレータ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、セパレータ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、セパレータ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、セパレータ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。
【００５３】
なお、上述のように、セパレータ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。そのため、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、本実施形態の水処理装置１００において、セパレータ３０は必須の構成要素ではない。ただ、セパレータ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セパレータ３０を設けることが好ましい。なお、正極１０とセパレータ３０との間に間隔が設けられていてもよく、また負極２０とセパレータ３０との間も間隔が設けられていてもよい。
【００５４】
本実施形態の水処理装置１００では、図２に示すように、負極２０及び正極１０に電気的に接続する外部回路１１０を備えている。そして、外部回路１１０は、負極２０と正極１０との間を流れる電流値を制御する電流制御部を備えることが好ましい。このような電流制御部を設けることにより、後述するように、負極２０からの鉄イオンの溶出速度を制御することが可能となる。なお、電流制御部としては、例えば抵抗器を用いることができる。
【００５５】
次に、本実施形態の水処理装置１００の作用について説明する。正極１０、負極２０及びセパレータ３０からなる電極接合体４０が電解液７０に浸漬された場合、正極１０のガス拡散層１２、セパレータ３０及び負極２０が電解液７０に浸漬され、第一撥水層１１における面１０ａの少なくとも一部が気相９０に露出する。
【００５６】
水処理装置１００の動作時には、負極２０に、有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方を含有する電解液７０を供給し、正極１０に空気又は酸素を供給する。この際、空気は、カセット基材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。
【００５７】
そして、図２に示す正極１０では、第一撥水層１１を透過してガス拡散層１２により空気が拡散する。負極２０では、微生物の触媒作用により、電解液７０中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方から水素イオン及び電子を生成する。生成した水素イオンは、セパレータ３０を透過して正極１０側へ移動する。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１１０へ移動し、さらに外部回路１１０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に担持された触媒の作用により酸素と結合し、水となって消費される。
【００５８】
ここで、正極１０の酸素還元反応は以下の化学反応式（１）で表され、標準電極電位は１．２３Ｖである。これに対し、負極２０における鉄の酸化反応は以下の化学反応式（２）で表され、標準電極電位は０．４４Ｖである。そのため、正極１０と負極とを電気的に接続した場合、この電池の起電力は正となり、自発的に進行する。その結果、負極２０に含まれる鉄は２価の鉄イオンとなり、電解液７０中に溶出される。
［化１］
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  （Ｅ°＝１．２３Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ）  （１）
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−  （Ｅ°＝０．４４Ｖ  ｖｓ  ＳＨＥ）  （２）
【００５９】
電解液７０中に溶出された２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）は、以下の化学反応式（３）に示すように、電解液７０中の酸素により酸化されて３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）となる。そして、化学反応式（４）に示すように、３価の鉄イオンは電解液７０中のリン化合物であるリン酸イオン（ＰＯ４３−）と反応し、不溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ４）を生成する。不溶性のリン酸鉄は凝集して電解液７０中で沈殿するため、リン酸鉄を除去することにより、電解液７０中のリンを減少させることが可能となる。
［化２］
Ｆｅ２＋→Ｆｅ３＋＋ｅ−  （３）
Ｆｅ３＋＋ＰＯ４３−→ＦｅＰＯ４  （４）
【００６０】
さらに、本実施形態の水処理装置１００は、負極２０に担持された微生物の代謝により、電解液７０中の有機性物質及び窒素含有化合物の少なくとも一方から水素イオン及び電子と共に、二酸化炭素又は窒素を生成している。このように、電解液７０中の有機性物質及び窒素含有化合物が負極２０に接触して酸化分解されるため、電解液７０の有機性物質及び窒素含有化合物も除去することができる。
【００６１】
水処理装置１００は、電解液中に含まれる硫酸イオンなどの硫黄分も除去することができる。つまり、硫酸イオンは微生物により分解されて硫化水素（Ｈ２Ｓ）を生成し、硫化水素は水中でＨＳ−に電離する。水中のＨＳ−は、以下の化学反応式（５）及び（６）に示すように、負極２０から溶出した２価の鉄イオン又は３価の鉄イオンと反応し、難溶性の硫化物（例えば硫化鉄ＦｅＳ）や原子状硫黄（Ｓ０）となり沈殿する。そのため、沈殿物を除去することにより、電解液７０中の硫黄分を減少させることが可能となる。また、微生物により分解されて生成した硫化水素はＨＳ−に電離するため、水処理装置１００の外部に対する硫化水素の放出量も減少させることが可能となる。
［化３］
ＨＳ−＋Ｆｅ２＋→ＦｅＳ＋Ｈ＋  （５）
ＨＳ−＋２Ｆｅ３＋→Ｓ０＋２Ｆｅ２＋＋Ｈ＋  （６）
【００６２】
このように、本実施形態の水処理装置１００は、表面に不動態皮膜を有さず、かつ、鉄を含む負極２０と、少なくとも一部が気相９０に露出し、酸素還元触媒を備えるガス拡散電極からなる正極１０とを備える。水処理装置１００は、さらに負極２０及び正極１０に電気的に接続する外部回路１１０と、リン化合物を含む電解液７０を保持する電解液処理槽８０とを備える。上述のように、水処理装置１００では、電気エネルギーを投じなくても電池反応が進行し、負極２０より電解液７０に対し鉄イオンが溶出する。そのため、溶出した鉄イオンによりリン化合物の沈殿物が生成するため、当該沈殿物を除去することにより、電解液中のリン化合物の濃度を低減することが可能となる。さらに、電気エネルギーを投じるための装置が不要となるため、水処理装置１００を小型化することが可能となる。また、水処理装置１００中の微生物により、有機性物質及び窒素含有化合物を酸化分解するため、電解液中の有機性物質及び窒素含有化合物も低減することが可能となる。
【００６３】
なお、上述の好気性微生物及び嫌気性微生物は負極２０の表面に担持されていることが好ましい。ただ、これらの微生物は電解液７０中に含まれているだけでも、本実施形態の効果を発揮することができる。そのため、水処理装置１００において、負極２０及び電解液７０の少なくとも一方は、好気性微生物及び嫌気性微生物の少なくとも一方を保持することが好ましい。
【００６４】
図１〜図３において、水処理ユニット１は、カセット基材５０の側面５３に正極１０を接合し、側面５３の反対側の側面５４に板部材６０を接合することにより、気相９０を形成している。しかしながら、本実施形態はこの態様に限定されない。例えば図４及び図５に示す水処理装置１００Ａのように、２枚の電極接合体４０がカセット基材５０を介して積層された水処理ユニット１Ａを用いてもよい。水処理ユニット１Ａにおいて、カセット基材５０の側面５３及び側面５４は、正極１０の面１０ａの外周部と接合されており、正極１０の面１０ａの外周部からカセット基材５０の内部に電解液７０が漏出することを抑制している。そして、２枚の電極接合体４０における正極１０及び負極２０は、それぞれ外部回路１１０に電気的に接続されている。このように、２枚の電極接合体４０を用いた水処理ユニット１Ａを用いることにより、負極２０からの鉄イオンの溶出量が増加し、リン化合物の除去をより効率的に行うことが可能となる。
【００６５】
上述のように、水素イオンが負極２０から正極１０へ移動することが可能ならば電池反応が進行し、負極２０より電解液７０に対し鉄イオンが溶出して、電解液中のリン化合物の濃度を低減することができる。そのため、図６に示す水処理装置１００Ｂにおける水処理ユニット１Ｂのように、負極２０がセパレータ３０に接触せず、負極２０とセパレータ３０との間に空隙が存在していてもよい。
【００６６】
本実施形態に係る負極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、電解液処理槽８０内の電解液７０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、嫌気性微生物から負極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。
【００６７】
具体的には、嫌気性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。電解液７０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、電解液７０における有機性物質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。
【００６８】
図３に示す水処理ユニット１において、カセット基材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。
【００６９】
電解液処理槽８０は内部に電解液７０を保持しているが、電解液７０が流通するような構成であってもよい。例えば、図１及び図２に示すように、電解液処理槽８０には、電解液７０を電解液処理槽８０に供給するための液体供給口８１と、処理後の電解液７０を電解液処理槽８０から排出するための液体排出口８２とが設けられていてもよい。そして、電解液７０は、液体供給口８１及び液体排出口８２を通じて連続的に供給されることが好ましい。
【００７０】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る水処理装置について、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。
【００７１】
本実施形態に係る水処理装置は、第一実施形態と同様に、水処理ユニット１を備えている。そして当該水処理装置は、電解液に含まれる有機性物質を除去するための有機性物質処理部をさらに備えるものである。有機性物質処理部は、上述の水処理ユニット１のようにリン化合物を除去する機能を備えていないが、電解液に含まれている有機性物質を分解処理する機能を備える。このような有機性物質処理部をさらに備えることにより、水処理ユニット１に加えて有機性物質処理部で有機性物質を除去するため、リン化合物及び有機性物質をより効率的に除去することが可能となる。
【００７２】
本実施形態に係る有機性物質処理部は、電解液７０に含まれている有機性物質を分解処理することができれば、その構成は特に限定されない。有機性物質処理部としては、例えば図７に示す構成とすることができる。有機性物質処理部１２０は、撥水性と酸素透過性とを併せ持ち、気相９０と接触する第二撥水層１２１を備えている。そして、第二撥水層１２１を透過した酸素により、電解液７０中の有機性物質を分解処理するものである。
【００７３】
有機性物質処理部１２０は、図７に示すように、２枚の第二撥水層１２１が間隔をあけて対向し、さらに第二撥水層１２１の間にこれらを離間して保持するためのカセット基材５０を備えることで、内部に気相９０を形成している。つまり、上述のように、カセット基材５０は、第二撥水層１２１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。カセット基材５０の側面５３及び側面５４は、第二撥水層１２１の外周部と接合されており、これにより内部に気相９０を形成している。そして、有機性物質処理部１２０の気相９０には電解液７０が満たされておらず、外気に開放されているため、第二撥水層１２１に空気が供給できるように構成されている。ただ、有機性物質処理部１２０は、気相と接触して電解液７０中の有機性物質の分解処理できれば、このような態様に限定されない。有機性物質処理部１２０は、例えば２枚の第二撥水層１２１の周囲を接合し、内部に気相９０を有するように上部が開口した袋状であってもよい。
【００７４】
電解液７０中の有機性物質の分解をより促進する観点から、有機性物質処理部１２０における第二撥水層１２１上に、好気性微生物を保持する保持体１２２が重ねられていることが好ましい。そして、保持体１２２は、第二撥水層１２１における電解液７０側の表面に積層されていることが好ましい。好気性微生物を保持する保持体１２２を使用することにより、後述するように下流側で電解液７０中の有機性物質の濃度が減少した場合でも、残存する有機性物質を効率的に分解することが可能となる。また、保持体１２２は酸素透過性を有する第二撥水層１２１の表面に設けられているため、第二撥水層１２１を通じて好気性微生物へ、その生育のための酸素を充分に供給することが可能となる。
【００７５】
好気性微生物としては、酸素に基づく代謝機構を備えた微生物であり、電解液７０中の有機性物質を分解できれば特に限定されない。好気性微生物としては、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、好気性微生物を保持する保持体１２２としては、例えば不織布状又はスポンジ状の構造体を使用することができる。保持体１２２は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリウレタン及びポリビニルアルコールからなる群より選ばれる一種以上の材料から作製することができる。
【００７６】
図７に示す水処理装置１００Ｃにおいて、有機性物質処理部１２０は、大気と連通した気相９０が形成されるように、電解液処理槽８０Ａの内部に配置される。電解液処理槽８０Ａの内部には被処理液である電解液７０が保持されており、保持体１２２は電解液７０に浸漬されている。また、電解液処理槽８０Ａは、液体排出口８２と、水処理ユニット１が配置されている電解液処理槽８０と連通する連通管８３とを有している。
【００７７】
上記構成の水処理装置１００Ｃでは、まず電解液処理槽８０の液体供給口８１から電解液７０が連続的に供給され、水処理ユニット１により、リン化合物及び有機性物質が除去される。そして、水処理ユニット１により浄化された電解液７０は、連通管８３を通じて電解液処理槽８０Ａに移送される。そして、移送された電解液７０は、有機性物質処理部１２０に保持された好気性微生物により分解されて除去される。そして、リン化合物及び有機性物質が除去されて浄化された電解液は、液体排出口８２を通じて外部に排出される。
【００７８】
このように本実施形態の水処理装置１００Ｃでは、有機性物質の含有量が多い上流側の電解液処理槽８０に水処理ユニット１Ａを配置し、有機性物質の含有量が少ない下流側の電解液処理槽に有機性物質処理部１２０を設けている。これにより、上流側の水処理ユニット１Ａが多量の有機性物質を効率的に分解し、水処理ユニット１Ａでは分解しきれなかった有機性物質を下流側の有機性物質処理部１２０で分解する。そのため、電解液７０中の有機性物質の分解をより効率的に行うことが可能となる。
【００７９】
なお、図７に示す水処理装置１００Ｃでは、電解液処理槽８０に一つの水処理ユニット１Ａを配置し、電解液処理槽８０Ａに一つの有機性物質処理部１２０を配置している。しかし、本実施形態はこの態様に限定されず、例えば電解液処理槽８０に複数の水処理ユニット１Ａを配置してもよく、また電解液処理槽８０Ａに複数の有機性物質処理部１２０を配置してもよい。
【００８０】
また、図８に示すように、一つの電解液処理槽８０の内部に複数の水処理ユニット１Ａ及び有機性物質処理部１２０を配置してもよい。図８の水処理装置１００Ｄでは、水処理ユニット１Ａ及び有機性物質処理部１２０は、矢印Ｃで示すように、電解液７０が電解液処理槽８０の内部で波状に流れるように配置される。具体的には、複数の水処理ユニット１Ａ及び有機性物質処理部１２０は、積層方向Ｘに沿うように配置している。この際、複数の水処理ユニット１Ａ及び有機性物質処理部１２０は、水処理ユニット１Ａの側面１ａ及び有機性物質処理部１２０の側面１２０ａが、電解液処理槽８０の左壁８０ａと右壁８０ｂに交互に接触するように配置される。水処理装置１００において、電解液７０が波状に流れることにより、電解液７０と負極２０との接触率、並びに電解液７０と第二撥水層１２１及び保持体１２２との接触率を高め、その結果、浄化効率をより向上させることが可能となる。
【００８１】
なお、図７及び図８の水処理装置１００Ｃ及び水処理装置１００Ｄでは、水処理ユニットとして図４及び図５に示す２枚の電極接合体４０を積層した水処理ユニット１Ａを使用している。しかし、水処理装置１００Ｃ及び水処理装置１００Ｄでは、図１及び図２に示す１枚の電極接合体４０を積層した水処理ユニット１を使用してもよい。また、図７及び図８の水処理装置１００Ｃ及び水処理装置１００Ｄでは、電解液７０の上流側に水処理ユニット１Ａを配置し、水処理ユニット１Ａよりも下流側に有機性物質処理部１２０を配置している。しかしながら、電解液７０の上流側に有機性物質処理部１２０を配置し、有機性物質処理部１２０よりも下流側に水処理ユニット１Ａを配置してもよい。
【実施例】
【００８２】
以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８３】
［水処理装置の作製］
まず、ポリオレフィン製撥水層に、接着剤であるシリコーン樹脂を塗布した後、ガス拡散層であるグラファイトホイルを接合することにより、撥水層／シリコーン接着剤／ガス拡散層からなる積層シートを作製した。なお、撥水層は、積水化学工業株式会社製セルポア（登録商標）を使用した。シリコーン樹脂は、信越化学工業株式会社製の一液型ＲＴＶゴムＫＥ−３４７５−Ｔを使用した。グラファイトホイルは、日立化成工業株式会社製のものを使用した。
【００８４】
次に、グラファイトホイルにおける撥水層とは反対側の面に、酸素還元触媒とＰＴＦＥ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）とを混合してなる触媒層をプレス成形することにより、ガス拡散電極を作製した。なお、酸素還元触媒は、目付け量が６ｍｇ／ｃｍ２となるようにプレス成形した。
【００８５】
なお、酸素還元触媒は、次のように調製した。まず、容器内に、３ｇのカーボンブラック、０．１Ｍの塩化鉄（III）水溶液、及び０．１５Ｍのペンタエチレンヘキサミンのエタノール溶液を入れることで、混合液を調製した。なお、カーボンブラックとしては、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製ケッチェンブラックＥＣＰ６００ＪＤを使用した。０．１Ｍ塩化鉄（III）水溶液の使用量は、カーボンブラックに対する鉄原子の割合が１０質量％になるように調整した。この混合液に更にエタノールを加えることで全量を９ｍＬに調製した。そして、この混合液を超音波分散してから乾燥機で６０℃の温度で乾燥させた。これにより、カーボンブラック、塩化鉄（III）、及びペンタエチレンヘキサミンを含有するサンプルを得た。
【００８６】
そして、このサンプルを、石英管の一端部内に詰め入れ、続いてこの石英管内をアルゴンで置換した。この石英管を、９００℃の炉に入れてから４５秒で引き抜いた。石英管を炉に挿入する際には、石英管を炉に３秒間かけて挿入することで、加熱開始時のサンプルの昇温速度を３００℃／ｓに調整した。続いて、石英管内にアルゴンガスを流通させることでサンプルを冷却させた。これにより酸素還元触媒を得た。
【００８７】
次に、上述のようにして得られたガス拡散電極の撥水層に空気取り入れ部を設けることにより、正極を作製した。そして、当該正極と、鉄基材からなる負極とを容器内に設置した。鉄基材としては、鉄の純度が９９．５％である鉄板を使用した。さらに、正極と負極との間に不織布を設置した後、正極、負極及び不織布に接するように電解液を容器内に満たした。電解液は、全有機体炭素（ＴＯＣ）として、８００ｍｇ／Ｌの有機性物質、１５ｍｇ／Ｌの窒素化合物および１０ｍｇ／Ｌのリン化合物を含んでいる。また、電解液には、発電を行う嫌気性微生物源として土壌微生物を植種した。そして、電解液の滞留時間を２４時間として連続的に容器に供給した。さらに、正極と負極を負荷回路に接続することにより、本例の水処理装置を得た。
【００８８】
［評価］
（出力）
水処理装置における負荷の両端における電位差を測定することにより、水処理装置の出力を測定した。なお、水処理装置の出力は、出力が安定した状態で数式１により求めた。その結果、本例の水処理装置の出力は６０ｍＷ／ｍ２であった。
【数１】
2017148776.tif 000003
（Ｐ：出力、Ｖ：負荷の両端における電位差、Ｒ：負荷回路の抵抗値、Ｓ：正極面積）
【００８９】
（有機性物質除去率）
水処理装置にて処理する前後における電解液中の全有機体炭素濃度（ＴＯＣ濃度）を測定した。なお、全有機体炭素濃度は、全有機体炭素計を用いて測定した。そして、全有機体炭素の除去率（ＴＯＣ除去率）を数式２より求めた。その結果、本例の水処理装置のＴＯＣ除去率は９０％であった。
【数２】
2017148776.tif 000004
（Ｔ：ＴＯＣ除去率、Ｔ１：処理前のＴＯＣ濃度、Ｔ２：処理後のＴＯＣ濃度）
【００９０】
（窒素除去率）
水処理装置にて処理する前後における電解液中の窒素濃度を測定した。なお、窒素濃度は、全窒素計を用いて測定した。そして、窒素除去率を数式３より求めた。その結果、本例の水処理装置の窒素除去率は８２％であった。
【数３】
2017148776.tif 000005
（Ｎ：窒素除去率、Ｎ１：処理前の窒素濃度、Ｎ２：処理後の窒素濃度）
【００９１】
（リン除去率）
水処理装置にて処理する前後における電解液中のリン濃度を測定した。なお、リン濃度は、比色定量法により測定した。そして、リン除去率を数式４より求めた。その結果、本例の水処理装置のリン除去率は９５％であった。
【数４】
2017148776.tif 000006
（Ｑ：リン除去率、Ｑ１：処理前のリン濃度、Ｑ２：処理後のリン濃度）
【００９２】
上記結果より、本例の水処理装置は電気エネルギーを投じなくても、廃水中のリン化合物、有機性物質及び窒素を効率的に除去できることが分かる。
【００９３】
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。具体的には、図面において、第一撥水層１１及びガス拡散層１２を備えた正極１０、負極２０、並びにセパレータ３０は、矩形状に形成されている。しかし、これらの形状は特に限定されず、水処理装置の大きさ、及び所望の浄化性能等により任意に変更することができる。また、各層の面積も所望の機能が発揮できるならば、それぞれ任意に変更することができる。
【００９４】
そして、本実施形態に係る水処理装置は、有機性物質や窒素含有化合物を含む液体、例えば各種産業の工場などから発生する排水、下水汚泥などの有機性廃水などの処理に広く適用できる。また、水域の環境改善などにも利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１０  正極
２０  負極
７０  電解液
９０  気相
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ  水処理装置
１２０  有機性物質処理部
【図１】
2017148776.tif 000007
【図２】
2017148776.tif 000008
【図３】
2017148776.tif 000009
【図４】
2017148776.tif 000010
【図５】
2017148776.tif 000011
【図６】
2017148776.tif 000012
【図７】
2017148776.tif 000013
【図８】
2017148776.tif 000014