"廃水を処理するための生物-電気化学的システムであって、嫌気性反応チャンバと、前記嫌気性反応チャンバ内に配置された2つ以上のアノード/カソード対であって、各アノード/カソード対が少なくとも1つのアノードと少なくとも1つのカソードとを含み、実質的に近接し連続して配列された、2つ以上のアノード/カソード対と、前記アノードに近接する少なくとも1つのメタン生成微生物と、前記2つ以上のアノード/カソード対に電圧を印加するように配置された電源とを含む生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対が鉛直方向に連続して配列されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。水またはガスが前記嫌気性反応チャンバの中を上向きに流れるように前記嫌気性反応チャンバが配置されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対が、前記電源と直列または並列で電気的に接続されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対が、それぞれ独立して前記電源に配線されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対に同じ電圧を印加する、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対にそれぞれ複数の異なる電圧を印加する、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対のそれぞれのカソード電位が変化する、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が、連続して配列された2つのアノードと1つのカソードとを含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が、連続して配列された2つのカソードと1つのアノードとを含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対のカソードが、前記アノードの表面積よりも大きい表面積を含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対が丸い形状である、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。ガスがアノード/カソード対の横を通ってチャンバの上へ流れることができるように前記2つ以上のアノード/カソード対が配置されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記2つ以上のアノード/カソード対が、支持ラック上で鉛直方向に連続して配列されている、請求項2に記載の生物-電気化学的システム。水またはガスがアノード、次いでカソードを通って上向きに流れるように前記2つ以上のアノード/カソード対それぞれの前記アノードと前記カソードが配列されている、請求項3に記載の生物-電気化学的システム。前記アノード/カソード対それぞれの前記アノードと前記カソードが、バイオチャー、グラファイト粒、ステンレス鋼、ワイヤメッシュ、炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維、炭素フェルトまたは炭素粒からなる群より選択される材料からなる、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードとカソードが同じ材料からなる、請求項16に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードとカソードが異なる材料からなる、請求項16に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードが炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維または炭素フェルトからなり、前記カソードがステンレス鋼からなる、請求項18に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードまたはカソードが2種類以上の材料からなる、請求項16に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードまたはカソードが、ステンレス鋼と炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維もしくは炭素フェルトとの組合せ、またはワイヤメッシュと炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維もしくは炭素フェルトとの組合せからなる、請求項20に記載の生物-電気化学的システム。前記アノード/カソード対それぞれの前記アノードとカソードが多孔性絶縁層により分離されている、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記多孔性絶縁層がプラスチック材料である、請求項22に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードと前記カソードが前記多孔性絶縁層により支持されている、請求項22に記載の生物-電気化学的システム。前記アノードとカソードが前記多孔性絶縁層の両面に塗布されている、請求項24に記載の生物-電気化学的システム。前記反応チャンバがフィルタをさらに含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記フィルタがバイオチャー、グラファイト粒または活性炭からなる、請求項26に記載の生物-電気化学的システム。少なくとも1つの硫化物酸化微生物をさらに含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。前記硫化物酸化微生物がシュードモナスの種である、請求項28に記載の生物-電気化学的システム。前記シュードモナスの種がシュードモナスプチダである、請求項29に記載の生物-電気化学的システム。前記支持ラックが1本以上の導線を含む、請求項14に記載の生物-電気化学的システム。前記電圧が、前記支持ラックを通って前記2つ以上のアノード/カソード対の少なくとも1つのアノードと少なくとも1つのカソードに印加される、請求項31に記載の生物-電気化学的システム。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が空気カソードを含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。少なくとも1つの前記アノード/カソード対の前記アノードと前記カソードの間に配置された電子貯蔵装置をさらに含む、請求項1に記載の生物-電気化学的システム。酸性ガスを処理する方法であって、a各アノード/カソード対が少なくとも1つのアノードと少なくとも1つのカソードとを含みかつ実質的に近接し連続して配列された2つ以上のアノード/カソード対と、前記アノードに近接する少なくとも1つの硫化物酸化微生物とを含む、嫌気性反応チャンバを提供する段階と、b前記反応チャンバ内に酸性ガスを流す段階と、c前記2つ以上のアノード/カソード対に電圧を印加してアノードからカソードへの電子伝達を促進し、前記電子伝達が前記サワーガスの酸化を引き起こす段階とを含む方法。前記2つ以上のアノード/カソード対が鉛直方向に連続して配列されている、請求項35に記載の方法。水またはガスが前記嫌気性反応チャンバの中を上向きに流れるように前記嫌気性反応チャンバが配置されている、請求項35に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対に同じ電圧を印加する、請求項35に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対にそれぞれ複数の異なる電圧を印加する、請求項35に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対が、電源と直列または並列で電気的に接続されている、請求項35に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対が、それぞれ独立して電源に配線されている、請求項35に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対の各カソードに印加される電位が可変である、請求項35に記載の方法。前記カソードが、前記アノードの表面積よりも大きい表面積を含む、請求項35に記載の方法。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が、連続して配列された2つのカソードと1つのアノードとを含む、請求項43に記載の方法。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が、連続して配列された2つのアノードと1つのカソードとを含む、請求項35に記載の方法。水またはガスがアノード、次いでカソードを通って上向きに流れるように前記2つ以上のアノード/カソード対それぞれの前記アノードと前記カソードが配列されている、請求項37に記載の方法。前記アノード/カソード対それぞれの前記アノードと前記カソードが、バイオチャー、グラファイト粒、ステンレス鋼、ワイヤメッシュ、炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維、炭素フェルトまたは炭素粒からなる群より選択される材料からなる、請求項35に記載の方法。前記アノードとカソードが同じ材料からなる、請求項47に記載の方法。前記アノードとカソードが異なる材料からなる、請求項47に記載の方法。前記アノードが炭素メッシュ,炭素布,炭素繊維または炭素フェルトからなり、前記カソードがステンレス鋼からなる、請求項49に記載の方法。前記アノードまたはカソードが2種類以上の材料からなる、請求項47に記載の方法。前記アノードまたはカソードが、ステンレス鋼と炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維もしくは炭素フェルトとの組合せ、またはワイヤメッシュと炭素メッシュ、炭素布、炭素繊維もしくは炭素フェルトとの組合せからなる、請求項51に記載の方法。前記アノード/カソード対それぞれの前記アノードとカソードが多孔性絶縁層により分離されている、請求項35に記載の方法。前記多孔性絶縁層がプラスチック材料である、請求項53に記載の方法。前記アノードと前記カソードが前記多孔性絶縁層により支持されている、請求項53に記載の方法。前記アノードとカソードが前記多孔性絶縁層の両面に塗布されている、請求項55に記載の方法。前記反応チャンバがフィルタをさらに含む、請求項35に記載の方法。前記フィルタがバイオチャー、グラファイト粒または活性炭からなる、請求項57に記載の方法。少なくとも1つのメタン生成微生物をさらに含む、請求項35に記載の方法。前記硫化物酸化微生物がシュードモナスの種である、請求項35に記載の方法。前記シュードモナスの種がシュードモナスプチダである、請求項60に記載の方法。前記2つ以上のアノード/カソード対が、支持ラック上で連続して配列されている、請求項35に記載の方法。前記支持ラックが1本以上の導線を含む、請求項62に記載の方法。前記電圧が、前記支持ラックを通って前記2つ以上のアノード/カソード対の前記少なくとも1つのアノードと前記少なくとも1つのカソードに印加される、請求項63に記載の方法。前記酸性ガスが硫化水素である、請求項35に記載の方法。少なくとも1つの前記アノード/カソード対が空気カソードを含む、請求項35に記載の方法。前記嫌気性反応チャンバが、少なくとも1つの前記アノード/カソード対の前記アノードと前記カソードの間に配置された電子貯蔵装置をさらに含む、請求項35に記載の方法。本発明は、水の処理速度を増大させる、バイオガスの品質を向上させるおよび天然ガスまたはバイオガスを処理するための発電システムの新規な構造および構成要素を提供する。本明細書に記載の生物-電気化学的システム構造は、嫌気性消化を増大させ改善の中でも特に、以下の1つ以上のものを含む方法により:COD除去率の増加、バイオガスの品質の向上、稼動温度の低下、複雑な有機物の一次発酵促進、廃水処理およびこのような廃水処理により生成されたバイオガス例えば、H2Sの処理の両方に使用することができる。本発明の生物-電気化学的システムでは、完全に密閉された電気生成チャンバ内で、別個の水力学的構造とともにアノード/カソード機構を、および提案される電気的構造を用いる。アノードおよびカソード上の電気生成微生物の生物膜が、廃水またはガス中の汚染物質を除去する。基本的な構造および電圧機構の改変を用いて、特に限定されないが、溶解している炭素、窒素、リン、過塩素酸、塩化溶剤、硫黄、銅、ウランおよびその他の汚染物質を含めた、水の中の様々な基質を処理することができる。補助的なシステムおよび構造の改変を用いて、特に、硫化水素のような硫黄種、およびガスを酸性またはサワーにする他のガス種本明細書ではサワーガスとも呼ぶを除去して、天然ガスおよびバイオガスを浄化することができる。本明細書に記載の構造では、H2Sなどの酸を多く含むガスまたはガス/液体混合物が流れるまたは移動する、アノードおよびカソード区画の表面積が広くなる。アノードおよびカソードは、酸性ガス除去を増大させるために、別々の区画、同じ区画、またはガスおよび/もしくは液体が通過できる絶縁層により分離された1つの区画を含めた任意の配置で配列されていてよい。区画をバッチモードもしくは連続フロープラグフロー/フロースルーまたは連続攪拌フローモードまたはこれらの組合せで作動させてよい。この構造を、前処理または嫌気性消化槽もしくは他の天然ガス生成工程の後処理として、嫌気性消化工程とさらに連動させてもよい。したがって、本明細書に記載の新規な構造を用いた2つの別々の生物-電気化学的システムを使用して、廃水処理およびガス天然ガスまたはバイオガス処理を行うことができる。あるいは、本明細書に記載の新規な構造により、廃水処理およびガス天然ガスまたはバイオガス処理を1つの生物-電気化学的システムに統合することが可能である。数多くの細菌および細菌共同体が電極と相互作用する能力に基づき、提案される構造は、微生物燃料電池のアノード区画をH2Sガスの酸化チャンバに変えるものである。アノード電極では、通常は酸素のような電子受容体により生じる酸化電位が、外部からのこのような受容体の供給を必要とせずに生じる。以下で詳細に記載するように、この工程には、既存の生物学的H2S除去技術に関連する数多くの重要な問題点を克服する可能性がある。酸素ではなく電極により酸化電位を与えることで、本明細書に記載のシステム構造は、H2Sを、従来の生物学的ろ過において充填媒体に損傷を与え得るH2SO4ではなく硫黄元素に酸化するのに有利に働く。さらに、嫌気性工程として、バイオフィルタを詰まらせることが示されている細菌の緩徐な増加が期待される。最後に、細胞に電圧を印加する実施形態では、酸化領域の大きさおよび電位がより正確に制御され、したがって、典型的なバイオフィルタよりも処理速度が増加すると同時に設置面積が減少することが期待され得る。既存のガス洗浄/処理による解決法とその限界生理化学的工程天然ガスおよびバイオガスの硫化水素H2Sを洗浄する化学的および生物学的工程が数多く発明されてきたが、コスト効率の高いものはほとんどない。生理化学的工程は2つの種類、すなわち、H2Sを硫黄元素および低溶解度の金属硫化物に変換するものとH2Sを固体吸着体に吸着させるものとに分けられる。前者には、1日に100~20,000kgのH2Sを除去するように考案された、鉄Feキレート溶液によりH2Sを酸化吸収する、農場ベースの嫌気性消化の必要性をはるかに超える規模のDowChemical社のSulFerox登録商標工程およびU.S.Filter社のLO-CAT登録商標工程のような技術がある。いわゆる鉄スポンジ技術は、固体媒体へのH2Sの化学的に活性化された吸着を利用するものである。多くのこのようなシステムでは、酸化鉄を浸透させた木片を用いてH2Sおよびメルカプタンを選択的に吸着する。こうした工程は通常、別々に再生させて、または連続的な部分的再生のために空気をわずかに流して、バッチモードで行われる。これらは理論的最大効率の85以下で行われてきた。鉄スポンジは比較的小規模なものに適しており、農場で一部用いられてきた。例えば、ニューヨーク州クーパーズタウンのHuntingtonFarmでは、スポンジ1m3当たり140kgのFe2O3を用いて、Fe2O31kg当たり1.84kgのH2Sを除去した。現在数多くの会社が、SulfaTreat登録商標、Sulfur-Rite登録商標およびMedia-G2登録商標技術のような、鉄スポンジ用の商標登録された酸化鉄媒体を販売している。しかし、鉄スポンジ法には大きな欠点がある。吸着工程には限界があり、わずか20~80日で、酸素曝露と湿潤によりスポンジ全体を再生する必要がある。硫黄の堆積により、2、3回以上再生サイクルが妨げられて、新たな媒体が必要となる。媒体の処分は厄介で、大きな労働力を必要とし、その結果、高い稼動コストと環境問題が生じる。結局、比較的小規模では、H2Sを除去するための既存の化学的方法は、コストがかかり過ぎて実用的ではないということになる。こうした理由から、バイオフィルタ、バイオ洗浄装置およびバイオ散水ろ床によるH2Sの生物学的除去に関心が集まりつつある。H2Sの生物学的除去生物学的な処理解決法は、化学的方法よりも環境に無害であり、必要な稼動エネルギーも少なくて済む。しかし、この解決法は未だ開発の初期段階にあり、工程によっては大きな設置面積、頻繁な媒体交換を必要としたり、H2S除去が不完全であったりする。したがって、バイオガスからの硫化水素の生物学的除去の効率および経済性を増加させることが可能な技術が大いに必要とされている。より安価で効率的な代替法は、重要な廃水処理および代替エネルギーの解決法の迅速な普及を可能にする嫌気性消化技術の利用を望む小規模から中規模の農場には特に有用である。生物学的ろ過では通常、硫化水素を異なる反応生成物、ほとんどの場合は、浸出液中で硫酸を形成してpHを下げる硫酸塩とHに酸化することができる特定の種の細菌を用いる。特にH2Sガス洗浄では、このような種は通常、以下のような反応を行う:iH2S2O2→H2SO4ii2H2SO2→2S°2H2Oiii5H2S8KNO3→4K2SO4H2SO44N24H2O光合成生物と化学合成生物の両方が用いられてきた。チオバチルスチオオキシダンスThiobacillusthiooxidansを含めたチオバチルスThiobacillus属の多くの微生物が、非常に低pH3未満でH2Sを酸化する能力を有し、pH1という低pHで生存し続けることができる。酸化反応により生じた硫酸がpHを低下させて他の種の増殖を妨げるため、この点では有用である。シュードモナスPseudmonas種もH2Sの生物学的除去に有効であることが示されている。シュードモナスプチダPseudomonasputidaは、アンモニアレベルが約60ppm以下である限り有効であることが示されており、また最近の研究では、シュードモナススツッツェリPseudomonasstutzeriが生物学的フィルタでの硫化物酸化に関与することが示されている。H2Sガスの生物学的処理に対する3つの基本的なアプローチ、すなわち、バイオフィルタ、バイオ洗浄装置およびバイオ散水ろ床が開発されている。バイオフィルタは、栄養源を兼ねることが多い堆肥または単純な発泡キューブのような固体支持媒体上で増殖する生物膜を利用するものである。バイオ洗浄装置は、H2Sを最初に液体に吸収させてから、液相中で増殖する細菌により酸化するという2段階の解決手段を利用するものである。バイオ散水ろ床は、岩石または活性炭のような堅い支持媒体上に固定化した細菌を利用するものであり、この支持媒体の上に水および栄養分を滴下する。これらのアプローチにはそれぞれ利益とコストがあり、それを下の表1に簡単に概説する。バイオ洗浄装置および従来のバイオフィルタと比較すると、バイオ散水ろ床には多くの利点がある。バイオ散水ろ床は設置/維持が容易であり、安価に稼動でき、非常に高濃度のH2Sに対処することができる。残念ながら、これが広く採用されるには数多くの課題があるということが、実地調査によりわかっている。媒体にもよるが、最も重要なのは、生物膜の増殖が開口部を詰まらせて、システム全体の滴下が高圧になるということである。生物-電気化学的システム一般に生物-電気化学的システムは、電極に電子を伝達してまたは電極から電子を受容して有機物を消費するという特定の微生物文献中では通常、エレクトロゲンelectrogen、エクソエレクトロゲンexoelectrogenまたはエレクトリシゲンelectricigenと呼ばれるの能力を活用することにより、電気または化学生成物を生じることが示されている。化学燃料電池と同様に、アノードチャンバでの酸化反応により、エネルギー、電子およびイオンが放出される。これらがカソード領域まで移動し、そこで還元されて、生成自由エネルギーのより低い物質を形成する通常、空気カソードの場合は水である図1を参照。生物-電気化学的システムBESおよび微生物燃料電池MFCという用語は、本明細書では互換的に使用される場合があるということに留意するべきである。BESは通常、アノードおよびカソードのような電極からなり、それが両方ともまたは別々に、電極から電子を伝達または受容する能力を有する生物膜で覆われている。電極は、生じる反応の1つを触媒する貴金属で覆われていてもよい。電極は、電極間でイオンを運ぶ電解質により分離されていてもよいイオン選択膜が含まれ得るが、膜のないシステムも機能する。電極、生物膜、電解質および触媒は、ケーシングに入れられていても、いなくてもよい。ケーシングを含めたこれらの各要素は、組み合わせたシステムで使用するために、外部回路、制御システムまたは他の反応器と接続されていてもよい。微生物燃料電池内の要素の幾何学的配置およびその物質的定義をまとめてシステムの構造と定義することができる。応用に向けた初期のBES研究のほとんどは、共有で同時係属の国際出願PCT/US10/25224号国際公開第2010/147683号として公開に記載されているものを含め、廃水の生物学的酸素要求量BODを取り除く能力に焦点を当てたものであった。しかし、電極と相互作用する微生物が遍在すること、ならびに電極で生じ得る酸化および還元反応が柔軟であることが認められるようになってきた。アノード微生物が、動物の糞尿スラリー、ヒトの廃水、食品加工廃棄物、セルロース系バイオマスのような農業廃棄物、および水素のような様々なガス酸化する能力を有することがわかってきた。電気化学的メタン生成のための生物-電気化学的システムへの電圧の印加嫌気性消化では、異なるニッチを占め、代謝によって大きく2つのグループに分けられる微生物種を用いる。多くの下位ニッチを含む酸形成グループには、廃棄物中の多糖類、糖類、脂肪酸、アルコールおよびさらに複雑な分子を消化して、主として酢酸だけでなく、ほかにも乳酸および酪酸などの有機酸にする種が含まれる。第二のクラスは、メタンを形成するもの、すなわちメタン生成菌であり、2つの下位ニッチを含む。メタン生成菌の中には、酢酸を直接代謝して、副生成物としてメタンを生成するもの酢酸利用性のメタン生成や、電子供与体であるH2をCO2と結合させてメタンを生成するメタン生成種がいる水素利用性メタン生成。酢酸利用性メタン生成では、酢酸分子が1つ消費されると、同じ量の二酸化炭素とメタンが生成される。水素利用性メタン生成では、4分子の水素ガスが消費されると、1分子の二酸化炭素も消費されて、メタンと2分子の水が生成される例えば、表2を参照。したがって、酢酸利用性メタン生成では二酸化炭素が生成されるのに対し、水素利用性の工程では、最終的に二酸化炭素が減少する。多糖類、糖類などの化合物の代謝における多くの他の反応では二酸化炭素が放出されるため、決して限定的な反応物というわけではないが、一部の種の代謝ではH2が唯一の数少ない副生成物である。通常条件下では、酢酸などの適当な化合物の代謝により生成されるメタンのおよそ3分の1が、水素利用性メタン生成よるものである。したがって、AD中の利用可能な水素が増加すれば、酢酸利用性細菌よりも水素利用性細菌の方が有利になり、バイオガス中の副生成物としてのCO2の相対量が減少する。あるいは、電子を供給することにより、微生物がCO2と水素イオンをメタンに還元することを可能にすれば、同様にメタン形成に有利に働き得る。生物-電気化学的システムは、主として2つの方法で、すなわち、エネルギーを放出する燃料電池として、および印加された電圧が電極において特定の反応を促進する生物-電気化学的システムとして稼動させるものであった。BESに電圧を印加することにより、研究者はカソードで水素が発生する微生物電解セルMECを開発した。アノード生物膜がシステムに電圧をさらに供給するため、従来の電気分解の電力のごく一部のみを用いて、化学的カソードでH2ガスを生成させることができる。これをバイオマスなどの有機物の消費と組み合わせる。この工程は、細菌による水ではなく有機物の電気分解と、通常は化学触媒を用いて少ないエネルギー投入で後にH2を形成し得るプロトンおよび電子の放出とからなる。MECシステムはカソードでの化学的水素形成を利用するものであり、この水素は、嫌気性消化槽でのメタン生産を増加させるための基礎原料として使用され得る。ごく最近では、カソードにおいて、中間生成物の水素を発生させずにCO2がメタンへ還元されることが示された。電気化学的メタン生成と呼ばれる工程において、-0.7V以下の電位を印加することにより、メタン生成菌が電極から電子を受容して、CO2をメタンに還元することができた。純粋なCO2雰囲気内での純粋なメタノバクテリウムパルストレMethanobacteriumpalustre培養物の増殖により、結果が正しいことが確認された。電気化学的および生物-電気化学的な硫黄除去生物-電気化学的システムの水性硫化物および硫黄を処理する能力が研究者の注目を集めた時期があった。1990年台始めに、Dr.Byung-HongKimらは、石油の生物-電気化学的脱硫の工程の特許を取得した。彼らの発明のカソード微生物デスルホビブリオブルガリスDesulfovibriovulgarisは、水性石油流中で硫黄をH2Sに還元した。直接的な電子伝達機構がまだ仮定されていなかったため、Kimらは、メチルビオロゲンのような電子伝達体を用いて、電極と細菌細胞間での電子伝達を促進した。この研究は、硫酸が硫化物へ還元され、アノードで触媒により再酸化されることを調べていた研究者により続けられた。直接的な電子伝達機構が発見されて再びBESが注目されると、新たな研究者グループがアノード区画での硫黄化合物の酸化について調べた。四角形のMFCも管状のMFCもともに、101mW/Lまでの電流出力で、実験室規模の上向流嫌気性消化槽の廃水中の最大98の硫化物を硫黄に変換することが可能であることが示された。対照反応器による追跡研究で研究者は、燃料電池装置において、非生物のグラファイトアノード生物学的アノードではなくで硫化物が自然に酸化され得ることを発見した。この研究の後、最近では、アノード電位をSHEに対して2Vで平衡状態にする印加電圧を用いた反応器で、嫌気性消化槽の紙パルプ工場からの廃水中に存在する硫化物が非生物的に除去された。本発明者らは、存在する硫化物が44±7mgL-1~8±7mgL-1まで減少し、75±4の硫化物がアルカリ硫化物/ポリ硫化物溶液として回収され、そこから固体の硫黄元素が得られたことを発見する。この工程の欠点は、電極で生物膜が形成されることにより硫化物還元が減少することであると思われるため、本発明者らは、切替え機構を用いて、一定間隔でアノードをカソードに変えた。したがって、BESの最新技術とH2Sバイオフィルタの間には隔たりがある。様々な複雑な微生物群が、ガス中のH2Sを酸化できることが知られており、また、カソードで電気的に活性な微生物は硫黄化合物を還元できることが知られている。バイオフィルタおよびバイオ散水ろ床は特に、低コストで環境に良いH2S除去方法を提供し得る。しかし、克服すべき重要な稼動上の問題点が存在する。最も重要なことは、大部分のH2S酸化細菌または細菌群は、電子受容体として酸素を利用するため、以下のような3つの問題が生じるということである:1充填媒体に損傷を与え得る硫酸が増加すること;2細菌が急速に増加して固体廃棄物および目詰まりが生じること;および3システムに酸素を供給する必要性により稼動コストが増大すること。しかし、様々な研究で、BESシステムのアノード電極が大部分の酸化反応に必要な酸化力を効率的に提供し得ること、さらに、電気生成微生物群の素晴らしい柔軟性が、電子源としてH2Sを利用すると同時に電子受容体として電極を利用することが可能な微生物または微生物の組合せがほぼ確実に存在することを示唆していることが示されている。このシステムにより、既存の生物学的なH2S処理システムに関連する様々な問題点が克服される可能性がある。環境修復廃水処理およびガス処理の改善のための新規な生物-電気化学的システム構造本発明は、廃水処理電気化学的メタン生成によるだけでなく、その酸性のまたはサワーなバイオガス副生成物の処理にも使用することができる電気化学的メタン生成生物-電気化学的システムの新規な構造および構成要素を提供する。長年の間、数多くの様々なBES構造および構成要素が開発され、様々な用途に関して試験されてきた。構造の2つの大きな種類は、バッチモードで稼動するものとフロースループラグフローまたは連続攪拌モードで稼動するものである。バッチモードシステムでは、酸化剤をバッチで反応器に入れ、あるエンドポイントに達するまで処理してから、次のバッチを処理する。フロースルーモードでは、処理する材料を連続的に流して反応器に供給し、同時に、一定体積が反応器内に保持されるように反応器から流出させる。フロースルー反応器には、横方向の流れまたは上向流微生物燃料電池UMFCのような上方向の流れ、および連続攪拌槽反応器CSTRがある。UMFCでは、電圧を印加しなくても電気を発生させることを目的として、栄養分に富む流入流が多孔性のアノード材料例えば、グラファイト粒を通り上に向かって浸透する。当初のUMFCの概念は、アノードが管状のチャンバの中央に配置され、廃水が、システムの上方を、次いでカソードが外気中に置かれた側方へ流れるという好気性システムであった。様々な電極設計もMFCで数多く用いられてきた。実験室試験で用いられた当初のMFCの設計は、反応器の容積当たりの表面積が小さくなる平らな電極表面を使用したため、拡大縮小可能ではなかった。したがって、表面積の大きい材料、すなわち、電導度が高くファウリングに強い中核一般に、チタンのような非腐食性金属とつながった小径のグラファイト繊維からなる、いわゆるブラシアノードが開発された。ブラシアノードは炭素繊維例えば、PANEX登録商標33160K製で、定められた長さに切り、より合わさった2本のチタンワイヤからなる核に工業的なブラシ製造システムを用いて巻き付けたものである。反応器に入れると、典型的なブラシ電極の総表面積は、反応器の容積当たりで9600m2/m3にもなると推定されている。このようなブラシを用いた反応器では、定められた酢酸媒体を有する立方体の反応器において、最大で2400mW/m2の生成量であった。国際公開第2010/147683号その内容全体が参照により本明細書に組み込まれるとして公開されている、共有の同時係属出願である国際出願PCT/US10/25224号には、廃水および固体の処理のための嫌気性消化システムについて記載されている。より具体的には、本願は、有機物からメタンを生成する嫌気性消化を利用したBESについて記載する。電気化学的メタン生成チャンバは、生物-電気化学的システムの原理を利用して、廃水のような有機物のメタン/バイオガスへの変換を増大させるものである。国際出願PCT/US10/25224国際公開第2010/147683号に記載されているように、電気化学的メタン生成は、酢酸利用性のメタン生成よりも水素利用性のメタン生成に有利に働くと同時にCO2を消費して、生成されるメタンガスの純度を向上させ、カソードに生物膜が付かないようにする必要がない。国際出願PCT/US10/25224号国際公開第2010/147683号に記載されている電気化学的メタン生成BESにより、BODを処理してメタンを生じる非常に単純で低コストのシステムが可能となるが、上記明細書では、このような処理方法により生成されるバイオガス例えば、サワーガスが扱われていない。同様に上記明細書には、このような工程を実施するために使用することができる構造の範囲が詳細に記載されていない。本発明は、電気化学的メタン生成のための明確な一式の構造と、典型的なBESのアノードがH2Sガスの酸化チャンバに変換されると同時に、電子を酸素にではなく、正確な電位に保持されている電極に伝達する生物-電気化学的システムのための設計とを提供する。この点に関して、2つの工程を:1.このアノード電極と、還元半反応を完了することができるカソードとを接続して、微生物燃料電池MFCのように、電流を流れさせ、エネルギーを捕捉して作用させることにより、2.BESのアノードとカソードに電圧を印加して、H2S酸化の反応速度の増加を促すことにより、用いることができる。いずれの場合にも、反応は[2H2SO2→2S°2H2O]という反応と類似したものになるが、装置の別々のチャンバにおいて2つの半反応で進行する。アノードの反応は以下のようになる。iH2S→S°2H2e-放出された電子が、外部の回路を流れてカソードチャンバまで行くと同時に、遊離プロトンがおそらく他の細菌により消費されるか、またはイオン選択膜もしくは空気バリア装置によって異なるを横切ってカソードチャンバまで行き、電荷平衡を均等にする。硫化金属が溶液から沈殿し、これを収集して使用することができる。カソードチャンバでは、以下に挙げるまたはこれと類似した反応により、O2または別の酸化剤硝酸などがカソードの半反応を完了させる。ii1/2O22H2e-→H2Oカソードの還元反応は、化学触媒例えば、白金により触媒され得るか、または生物学的に触媒され得る。さらに、反応[5H2S8KNO3→4K2SO4H2SO44N24H2O]は、硫化水素と硝酸を合わせた改善という興味深い可能性を秘めている。これは、硫化水素により汚染されたバイオガスを、硝酸の多い水性廃水流の中を通って逆流させることにより達成され得る。これは、細菌付着のための基質を有する単一の反応器チャンバ内で達成され、これら2つの廃棄物から、工業的に重要な2つの化学薬品ならびに窒素元素および水が生成され得る。またこの反応を、2つのチャンバの生物-電気化学的反応器を類似したものに近づけることができる。しかし、硝酸を酸化剤として用いた新たな還元反応がカソードチャンバ内で生じる。iii2NO3-12H10e-→N26H2O。電極および水力学的構造基本的な概念は、H2Sなどの酸を多く含んだガスまたはガス/液体混合物が上を流れるまたは移動する、表面積の大きいアノード区画およびカソード区画を作成することである。アノード202aおよびカソード202bを対で準備し、酸性ガス除去を増大させるために、別々の区画、同じ区画または空隙203aもしくはガスが通過できる絶縁層203bにより分離された1つの区画を含めた任意の配置で配列してよい図2Aを参照。1つ以上の区画を、バッチモードもしくはプラグフロー/連続フロースルーモードまたはこれらの組合せで稼動させてよい。好ましくは、1つ以上の区画をプラグフロー/連続フロースルーモード稼動させて、バッチモードに関連した、カソードに悪影響を及ぼし得るpHに関する問題の可能性を避ける。ある実施形態では、小型の空気カソード例えば、生物学的空気カソードまたは化学的カソードを1つ以上のアノードと対にして、嫌気性消化を増大させる。発生する電圧を、アノード/カソード対に印加する電圧の電源として使用してもよい。提案される電極機構は、水またはガスの流れと平行な構造成分203により支持され、廃水またはガスの流れに垂直に向いた3つのアノード/カソード対202a、202bおよび202c一式を含む例えば、図2Cを参照。別の実施形態は、水またはガスの流れと垂直な構造成分を有する、水またはガスの流れと平行なアノード/カソード対を含む。各アノード/カソード対は、1つ以上のアノードおよびカソードを有し得る例えば、2つのアノードとそれに続く2つのカソードを1つのアノード/カソード対と見なすことができ例えば、図2Bを参照;3つのアノードとそれに続く3つのカソードを1つのアノード/カソード対と見なすことができるなど。この対になった電極機構は、図3に示されるような上向流の水力学的構造で使用することが好ましい。図3に示されるように、アノード/カソード対302a、302bおよび302cをラック303上に作成し、密閉された嫌気性チャンバ304に入れる。チャンバ304の底は、好ましくは導電性のバイオフィルタ305例えば、バイオチャー、活性炭、グラファイト粒またはその他の材料などを含む。水またはガスは、矢印Aの方向に導電性バイオフィルタ305を通ってチャンバを上に向かって流れ、次いでアノード/カソード対302a、302bおよび302cを流れる。好適な実施形態では、水またはガスは、電流密度を最大限にするために、最初にアノードを通って流れ、次いでカソードを通って流れる。図3に示される同じラックを、プラグフロー水平流構造または循環バッチ式反応器で使用してもよい。循環バッチ式反応器の場合、システムはフロースルーではなく、アノード/カソード対で満たされたバッチ式反応器となる。各アノード/カソードペアの大きさおよび形状は様々であってよい。例えば、カソード:アノードの表面積比は1:1、1:2、2:1、1:3、3:1、1:4、4:1、1:5、5:1であってよい。特定の実施形態では、実質的にカソードの方がアノードよりも大きい。カソードをアノードよりも大きくする1つの方法は、水またはガスが流れる長さにわたってアノードからカソードへ水またはガスが流れるように、1つのアノードセグメントの後に2つ以上のカソードセグメントが続くようにすることである。あるいは、アノードの方がカソードよりも大きくなるように、2つ以上のアノードセグメントの後に1つのカソードセグメントが続くようにしてもよい。ラック全体を、既存の嫌気性消化槽を改良するために使用しても、新規な設計のチャンバで使用してもよい。特定の実施形態では、アノードおよびカソードを、液体流が通過できる細孔径で設計する。この細孔径は、特に限定されないが固体およびガストラッピングを含めた問題点はあるが、表面積を最大化するようにチャンバ内での位置によって変化させてよい。一実施形態では、細孔径は、アノードおよび/またはカソードが、ミリメートル未満から数センチメートルの範囲の細孔径を有するメッシュ様構造となるのに十分な大きさである。別の実施形態では、ガストラッピングの可能性を減らすために、細孔径が水の流れに沿って大きくなっている。別の実施形態では、チャンバに沿って細孔径がフィルタ固体に向かって大きくなっている。電極は内部抵抗を減らすために接近していなければならないが、大きなpH勾配が回避され、電気が絶縁される程度に離れていなければならない。電極間の距離は、0.0001cmから最大10mまで、0.001cm~1m、0.01cm~1cmまたは前記範囲内の任意の特定値など様々であってよい。一実施形態では、電極間の距離は約1cm以下であり、その距離は絶縁スペーサにより、またはそれなしで隔てられた空隙である。あるいは、絶縁層により電極間の距離を作る。例えば、電極を絶縁層の両面に、グラファイト塗料のような導電性の塗料を用いて塗布してもよい。両面の間のスペースには塗布を行わず、電極間の絶縁スペースを残しておく。また電極対は内部抵抗を減らすために互いに接近していなければならないが、大きなpH勾配が回避され、電気が絶縁される程度に離れていなければならない。例えば、アノード/カソード対間の距離は、0.0001cmから最大10mまで、0.001cm~1m、0.01cm~1cmまたは前記範囲内の任意の特定値など様々であってよい。各アノード/カソード対間の支持構造物は、プラスチックのような任意の絶縁原料で作られていてよい。あるいは、支持構造物は、導電性で、各構造物がどちらかの極性の電極の組例えば、カソードの一部もしくは全部またはアノードの一部もしくは全部と電気的につながっていてもよい。この場合、電源から各支持構造物に印加された電圧は、電極にチャンバの長さに沿って下に向かって電圧を印加する。例えば、支持構造物は、導電性で、アノード401またはカソード402とは電気的につながっているが、反対の分極電極からは電気的に絶縁された404であってよい。次いで、支持構造物に印加された電圧は、関連する全アノード/カソード対に印加される図4を参照されたい。これは、2つ以上の支持構造物403により行われ得る。支持構造物は堅くてよい。しかし、支持構造物は、アノード/カソード対をつるすワイヤ、ワイヤの組、ナイロン製ロープ、鋼製ロープなどの堅くない材料であってもよい。電極機構は主として、各アノード/カソード対に電圧を印加電源からして、および/または電極対のいずれかの電極を平衡状態にして使用するように設計されている。印加電圧は、非常に小さい電圧約0.01ボルトから非常に大きい1.5Vを超えるの範囲であってよい。各アノード/カソード対を同じ電位差に設定してよい。あるいは、アノードを、電気生成生物膜により設定される電位のままにしておき、通常、標準水素電極SHEに対して-0.05~-0.25の範囲、カソード電位を反応器内での位置および反応速度に応じて変化させてもよい。例えば、カソード電位は、始まりの反応器流入箇所では非常に低くSHEに対して-1.1V未満、流れに沿って下がるに従って、各カソード電位が少しずつ上昇していくものであってもよい。この場合の目的は、各カソードにおいて異なる基質または異なるクラスの基質を除去することである。例えば、-0.5V~-1.1Vの範囲のカソード電位は、CO2からCH4への還元に有利に働く。-0.1V~-0.3Vの範囲のカソード電位は、硝酸NO32-から窒素ガスへの還元に有利に働く。カソード電位を、塩化溶剤および放射性物質を含めたさらに多数の汚染物質を除去するように設定してもよい。またこの処理システムは、特定の汚染物質の除去用に設定したカソード電位を有する異なるチャンバも含み得る。これらのチャンバを直列または並列に配列させてよい。あるいは、各電極の電位を電極間の正確な内部抵抗で平衡状態にすることにより、必要な電力を最小限にしてもよい。微生物燃料電池、光電池などの電源を含めた任意の外部電源を用いて、電極間の電位差を維持することができる。電極機能を制御する論理回路を特徴とするコンピュータ制御システムにより、システムを制御することができる。こうした制御により、各電極の電位を性能に応じて変化させることができる。電極を並列、直列または互いに独立させて電気的に接続してよい。独立させて配線した場合、各電極を個別に監視および維持して、性能の低い電極との接続を切ることができる。これらの電位を固定しても、内部の条件に応じて変化させてもよい。あるいは、電極スタックおよび/またはシステム構造自体を、内部および外部の条件によって変化させてもよい。例えば、流入水質総浮遊物質、pH、温度、塩分濃度など、または温度、圧力、内部抵抗、電流密度のような他の測定可能な因子、またはシステム稼動に関連する他の任意の因子に応じて、電極間の間隙を反応器に沿って様々な時点で変化させてもよい。アノード電極とカソード電極の材料は同じであっても異なっていてもよく、アノードおよびカソード自体が1種類または複数の種類の電源材料で作られていてよい。例えば、アノードおよびカソードは、ワイヤメッシュまたは炭素布またはステンレス鋼で作られていてよい。あるいは、アノードがある種の炭素布、フェルト、顆粒、メッシュなどで作られていて、カソードがステンレス鋼で作られていてもよい。あるいは、カソードまたはアノードが2種類以上の電極材料例えば、炭素布に強く巻き付けたステンレス鋼からなっていてもよい。あるいは、アノードおよびカソード電極が、活性炭/結合剤混合物でコーティングされたステンレス鋼メッシュを有し、アノードの腐食の可能性を取り除き、カソード触媒反応を向上させてもよい。また適当な電極材料としては、バイオチャー、石炭および活性炭、またはグラファイト粒のような他の粒状媒体も挙げられる。図3に示される構造と同様であるが、多孔性絶縁層503により分離された粒状カソード502aおよび粒状アノード502bを代わりに用いた構造の例を、図5に示す。水またはガスは、粒状アノードおよびカソードの中を矢印Aの方向に流れる。粒状カソード/アノード粒状アノードの使用は、ガス除去に特によく適している。この設計を、各電極を囲むカセットまたはフィルタカートリッジに用いてもよい。また、固体をろ過する粒状媒体を上向流システムの底部に取り付けてもよい例えば、図3の305を参照。電極は任意の大きさおよび形状であってよい。好適な実施形態は、図6に示されるように、曲がったまたは角度の付いた電極対502a、502b、502c、502dを有する例えば、ガストラッピングを避けるために。一実施形態では、電極の最も外壁に近い端が上向きに曲がっており、ガスが泡立つように電極と外壁との間に隙間がある。別の実施形態では、電極は、下向きに、外壁に向かって、またはチャンバの中心に向かって角度が付いている。図7に示されるように、システムは、ガスまたは不純物をチャンバの両側に逸らせるように設計された、傾けた固体の仕切り層601を、水またはガスの流れに沿って一定間隔で有していてもよい。ある実施形態では、1つ以上のアノード/カソード対のアノードとカソードの間に電子貯蔵装置を配置して、アノードの酸化とカソードの還元と分離する。このような配置を用いて、嫌気性反応チャンバ内のpHおよびガス成分を管理することができる。例えば、pHレベルが高くなれば、カソードへの流れを止めてカソード活性を停止させると同時にアノードでの活性を維持することができ、電子が電子貯蔵装置に貯蔵される。逆にpHレベルが低下すれば、アノードへの流れを止めてアノード活性を停止させることができ、電子貯蔵装置からカソードへ電子を送り出すことができる。特定の実施形態では、下の実施例1~2に記載されているように、典型的なBESシステムのアノードをH2Sバイオ散水ろ床に変換する。したがって、フィルタ媒体は導電性のものとなり、本発明者らは最初に、グラファイト粒を使用することを提案した。各電極に電圧を印加して、電極をH2S酸化電圧で平衡状態にしてよい。あるいは、必要な電位を維持するように微生物集団を最適化してもよい。本明細書に記載のBES構造を、下の実施例3に記載されているように、前処理または嫌気性消化槽もしくは他の天然ガス生成工程の後処理として、嫌気性消化工程とさらに連動させてもよい。例えば、1つ以上のアノード/カソード対が嫌気性消化工程に対して調整され、他のアノード/カソード対がガス洗浄に対して調整されるように、異なる電気生成微生物を含む1つ以上のチャンバ内の異なるアノード/カソード対に、異なる電圧を印加してもよい。電気生成微生物任意の適当な電気生成微生物を、本明細書に記載の生物-電気化学的システムに使用することができる。ある実施形態では、システムのアノード1つまたは複数が硫化物酸化細菌を多く含む。例えば、シュードモナスPsuedemonas属の多数の細菌が生物-電気化学的システムにおいて機能することが示されており、また他のものはH2Sを酸化することが示されている。特定の実施形態では、硫化物酸化細菌はシュードモナスプチダPsuedemonasputidaである。硫化物酸化細菌の他の例としては、特に限定されないが、アクロマチウムAchromatium属、ベギアトアBeggiatoa属、クロマチウムChromatium属、カンピロバクターCampylobacter属またはカンピロバクターCampylobacter様の種、ハロチオバチルスHalothibacillaceae属、マクロモナスMacromonas属、スルホロブスSulfolobus属、チオバチルスThiobacillus属、チオミクロスピラThiomicrospira属、チオトリックスThiothrix属、チオスピラThiospira属、チオプロカThioploca属およびチオスピリロプシスThiospirillopsis属の種が挙げられる。混合培養を用いて他の種の硫化物酸化細菌を同定してもよい。例えば、微生物が増殖する酸化還元条件を徐々に変化させることにより例えば、電極電位を減少または増加させることにより硫化物酸化反応を完了させる定向進化法を用いて、または硫化物酸化細菌がこれらの反応を完了できるようにする遺伝子操作法により、微生物を同定してもよい。このストラテジーは、異種シトクロームタンパク質、ピリン構造、分泌型酸化還元メディエーター分子または他の外膜タンパク質の発現を含み得る。本明細書に記載の生物-電気化学的システムは、システムを嫌気性消化工程と、このような工程により生成されるサワーガスの処理の両方に使用することができるように、メタン生成微生物をさらに含み得る。適当なメタン生成微生物の例としては、特に限定されないが、メタノバクテリウムMethanobacterium属、メタノサルシナMethanosarcina属、メタノコッカスMethanococcus属およびメタノスピリルムMethanospirillum属の種が挙げられる。ここまで、本発明を明細書という形で記載してきたが、当業者には、各種実施形態で本発明を実施することができるということ、および上の記載および下の実施例は説明するのが目的であり、後の特許請求の範囲を限定するのが目的ではないということがわかるであろう。実施例行った実験および得られた結果を含む以下の実施例は、単なる例示目的で提供されるものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。実施例1:バイオ散水ろ床に基づく生物-電気化学的システムバイオ散水ろ床BESシステムは、基本的なバイオ散水ろ床を生物-電気化学的システムに変換するものである。従来のバイオ散水ろ床では、浄化する必要があるサワーガスなどのガスを、細菌が増殖可能な火山岩のような固体マトリックスを通って上方向に通過させる。液体が再循環して栄養分を供給し、液体反応生成物を除去する。通常、H2S除去の場合、これは酸性が強く、石灰のような塩基と反応させなければならない水を生じる。図8に示すシステムA=アノードによるH2S酸化;B=アノードとカソード間の電気的接続;C=電気を絶縁する多孔性の層;D=カソード:CO2還元;E=再循環ポンプでは、増殖のための固体基質が、グラファイト粒またはステンレス鋼ワイヤのような導電性の基質AおよびDに置き換わっている。最初の設計では、本発明者らは、2つのチャンバを間隙または電気を絶縁する多孔性の層Cで分離し、1つのチャンバをアノードとして、もう一方のチャンバをカソードとして扱う。この設計の一実施形態では、チャンバDをカソードとして、チャンバAをアノードとして扱う。H2Sなどの望ましくないガスがアノードで酸化されて、硫酸のような液相の副生成物が生じる。次いで、この酸性生成物がカソードDに滴下されて、そこで還元され得る。印加電圧を用いて、システムの性能を調節することができる。実施例2:バイオ散水ろ床に基づく別の生物-電気化学的システム散水ろ床全体をアノード区画Aとして用いる、上記の設計とは別の設計を図9に示すA=アノード区画気相/液相;B=アノードとカソード間の電気的接続;C=カソード区画液相;D=再循環ポンプ;E=発生したカソードガスを集めるためのバッフル。この場合、媒体は、グラファイト粒もしくはステンレス鋼ワイヤのような導電性の固体マトリックス、または他の任意の導電性基質であってよい。H2Sなどのガス種がアノードで酸化され、基質の上方を流れる液体が反応生成物をカソードチャンバC内に滴下する。反応生成物によっては、液相でのカソードによる還元で水素のようなガスが発生することがあるが、これをバッフルEで集め、付加価値生産物として使用しても、または浄化されたバイオガスと組み合わせてより価値の高い流れを生成してもよい。バッフルは任意選択のものであり、またシステムを、印加電圧および平衡電位を使用して用いても、用いなくてもよい。実施例3:生物-電気化学的システムに基づく嫌気性消化とH2Sフィルタの組合せ図10に示すBESシステム構造A=嫌気性消化槽;B=気相がアノード、液相がカソードである電極では、上記のH2S洗浄技術を嫌気性消化槽と連動させる。アノードがガス中の硫化水素を酸化し、カソードが流れまたは流入水の液体部分内のCO2および他の要素を還元する。電極上の複数のメタン生成および電気生成微生物による酸化および還元の速度を最適化するために、アノードとカソードの間に電圧を印加してもよい。結果として、他の場合よりも酸性物質の少なく例えば、硫化水素が少なく、CO2に対してメタンの量が多いバイオガスまたは天然ガスが得られるであろう。電極は任意の形状または材料であってよく、このようなものとしては、特に限定されないが、グラファイトもしくはステンレス鋼の平らなディスク、またはグラファイト粒もしくは任意の導電性の媒体が挙げられる。電極は、気相および液相内で増殖する細菌を支える。別の設計を図11に図示する。図中、A=嫌気性消化槽またはメタン生成チャンバ;B=アノード浮遊アノードであってよい;C=アノードとカソード間の電気的接続;D=カソード液体部分に沈んでいる;E=メタン生成チャンバのガス部分;およびF=メタン生成チャンバの液体/固体部分実施例4:可動式生物-電気ろ過システムMBFS本実施例の目的は、本発明者らが可動式生物-電気ろ過システムMBFSと呼ぶ多ユニットの可動式廃水処理工程を開発することであった。このシステムは、4つの独立したチャンバを含み、システムの設置面積を削減できるようにそれぞれが最適化されている図12。独自の用途、すなわちバイオガス生成の増大に生物-電気化学的工程を利用して、MBFSは以下の使用を満たすように設計されている:1雑排水および汚水別々にまたは一緒にを処理する;21日当たり250ガロン約1.1m3以上を処理することができる3エネルギーポジティブでないとしても、少なくともエネルギーニュートラルである。MBFSの中心となるのは、生物電極により強化された嫌気性消化槽のチャンバ2である。生物-電気化学的システムに関する従来の研究は、メタン形成を最小限にしながら電気生成を最大にしようとするものであった。しかし、以下でより詳細に記載されている主題に基づき、本発明者らの高速消化槽が、生物-電気化学的工程を用いてメタン形成を急速に加速することでこのパラダイムを覆すであろう。これには、極めてよく理解された堅固な生物学的工程を利用し、それを新たな工程で補強する利点がある。システムの稼動法によっては、少量の電気を発生させることが可能であり、または平衡電位を印加して処理率をさらに増大させることが可能である。最終的には、よりコンパクトな嫌気性消化槽、熱としてまたはジェネレータで使用するための比較的純粋なバイオガス、または携帯用メタン燃料電池が得られる。予測される高速嫌気性消化槽のパフォーマンス目標および特徴は以下の通りである:-反応器寸法:4.8×2.4×2.6m12,000ガロンに相当-滞留時間:1日-TCOD除去率:約90-生物-電気的な最大電圧:約400mV1kΩ-生物-電気的なエネルギー:約30Wh/日m3-バイオガス生成量:約250m3/日。高速消化の利点簡潔に述べれば、生物-電気化学的工程により強化された高速消化槽には、従来のシステムに比べて以下のような潜在的な利点がある:1.競合する高速の消化槽よりも、小規模でのメタン形成速度が速い。2.既存の高速嫌気性消化槽よりも処理率が増加している。3.稼動モードによっては電気がいくらか生成される。4.カソード反応を介してpHが調節される。MBFSシステム構造:4チャンバシステムは、2つの前処理チャンバと、高速消化槽チャンバ図13と、洗浄のための膜による生物膜反応器を有する曝気チャンバとを含む。2つの前処理チャンバは、雑排水および汚水の温度およびpHを別々に調節するものである。汚水は、CODおよびTSSの大部分を除去する高速嫌気性消化槽AADに流入する。AADからの流出物および雑排水は洗浄チャンバに送られ、そこで曝気および膜による生物学的ろ過を受ける。CODのための各チャンバで可能な大きさおよび性能を下の表3にまとめる。表3:チャンバの大きさ、COD負荷率、および必要なCOD除去性能目標の計算例。ここでは、1日当たり10,000ガロン約45m3の負荷を想定している。システムの全容積は12,444ガロン47.1m3であり、これは、MBFRがシステム容積の20、2つの前処理チャンバが合計15、残りを含めたAADが65であることを想定したものである。TSSおよびCODはこのように計算することができる。電極の設計:AAD図13では、電気生成およびAD工程促進の両方に生物学的アノード例えば、バイオチャーを用いる。このような電極は、軽量で表面積が大きくなければならない。本明細書に記載の特許システムでは、バイオチャー顆粒を用いて導電性マトリックスを形成し、利用可能な微生物面積の増加と、エクソエレクトロジェニックexoelectrogenic導電性生物膜マトリックスの発達の促進の両方を行う。バイオチャーは、軽量で高導電性、かつ微生物親和性を併せ持つ、生物-電気化学的システムのための革新的な電極概念である。電流コレクタを炭素布とPVCチューブで作成する。空気カソードをアノードと同じ大きさにして対にする。上記のように、電極を平衡状態にして反応速度を増大させてもよく、また平衡でない状態にしておいて、少量の電気を利用してもよい。システム分析および予備設計本発明者らの複合システムは、前処理、高速嫌気性消化、曝気/膜ろ過および病原体除去の4つのチャンバを含む。システム分析の目標は、以下のものを計算することである:1推定されるチャンバの大きさ;2チャンバ当たりのCOD負荷量;3ガス生成速度;4チャンバ性能要件。上に記載した表3は、CODのみTSSなしを用いた計算例を提供するものである。これは、流入CODが汚水で2000mg/l、雑排水で100mg/lであることを想定したものである。実験結果およびさらなる背景調査により、TSS、CODなどの汚染物質と組み合わせて、これらの計算および大きさを完成させることができる。これらの解析を用いて、所要ポンプ量、所要電力、電力生産、および予備設計に必要な他のパラメータを推定することができる。これを用いて、複合システムの予備設計を作成する1全出力;2所要電力;3チャンバの大きさ;4バイオガス生成の定量化;および5エネルギー生産システム燃料電池、ジェネレータ、太陽パネルの予備選択。"