特開 2020-87558 微生物燃料電池及び汚泥分解処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-87558(P2020-87558A)

(43)【公開日】2020年6月4日

(54)【発明の名称】微生物燃料電池及び汚泥分解処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/16 20060101AFI20200508BHJP

   C02F 11/02 20060101ALI20200508BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/16

   C02F11/02ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-216420(P2018-216420)

(22)【出願日】2018年11月19日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 平成３０年２月２１日に、広島大学 大学院先端物質科学研究科分子生命機能科学専攻 平成２９年度修士論文発表会にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柿薗 俊英

(72)【発明者】

【氏名】高垣 俊宏

【テーマコード（参考）】

4D059

【Ｆターム（参考）】

4D059AA05

4D059AA30

4D059BA03

4D059BA11

4D059BA31

4D059CA30

4D059CB30

4D059CC10

(57)【要約】

【課題】正極溶液の交換、廃液処理等の作業や汚泥のｐＨ調整等の作業が不要であり、作業性に優れた微生物燃料電池を実現できるようにする。
【解決手段】微生物燃料電池１は、微生物を含む汚泥Ｓを燃料として発電する。微生物燃料電池１は、汚泥Ｓを収容する第１槽２及び第２槽３と、第１槽２と第２槽３とを接続するためのプロトン交換膜４と、第１槽２内の汚泥Ｓ中に配置された負極５と、第２槽３内の汚泥Ｓ中に配置された正極６とを備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

微生物を含む汚泥を燃料として発電する微生物燃料電池であって、
上記汚泥を収容する第１槽及び第２槽と、
上記第１槽と上記第２槽とを接続するためのセパレータと、
上記第１槽内の上記汚泥中に配置された負極と、
上記第２槽内の上記汚泥中に配置された正極とを備えたことを特徴とする微生物燃料電池。

【請求項2】

請求項１において、
上記セパレータはプロトン交換膜であることを特徴とする微生物燃料電池。

【請求項3】

請求項１又は請求項２において、
上記第１槽は嫌気性処理を行なう槽であり、かつ上記第２槽は空気が供給可能な構造を有することを特徴とする微生物燃料電池。

【請求項4】

請求項３において、
上記第２槽に空気が供給されていることを特徴とする微生物燃料電池。

【請求項5】

微生物を含む汚泥を分解して減少させる処理方法であって、
セパレータを介して接続された第１槽及び第２槽を準備し、
上記第１槽に上記汚泥を投入して、該汚泥中に負極を配置し、
上記第２槽に上記汚泥を投入して、該汚泥中に正極を配置し、
上記負極と上記正極とを電気的に接続することで、上記第１槽及び上記第２槽内の汚泥を分解して減少させることを特徴とする汚泥分解処理方法。

【請求項6】

請求項５において、
上記セパレータはプロトン交換膜であることを特徴とする汚泥分解処理方法。

【請求項7】

請求項５又は請求項６において、
上記第１槽において嫌気性処理を行ない、かつ上記第２槽を空気が供給可能な状態にすることを特徴とする汚泥分解処理方法。

【請求項8】

請求項７において、
上記第２槽に空気を供給することを特徴とする汚泥分解処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微生物燃料電池及び汚泥分解処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下水や工場等から排出される廃水を処理する方法として、活性汚泥法が知られている。この活性汚泥法では、図１に示すように、曝気装置を有する曝気槽（浄化槽）に廃水が投入され、活性汚泥と呼ばれる微生物群集により廃水の有機分が資化されて、二酸化炭素まで分解される。その後、浄化槽内の内容物は沈殿槽に移され、重力沈降により分離された上清分は処理水として河川に放流され、沈殿した汚泥は返送汚泥として浄化槽に返送される。

【0003】

この方法では、廃水が微生物により処理される一方、この廃水の有機分を栄養源として微生物が増殖するため、一定量の活性汚泥を系外に引き抜かなければならず、引き抜かれた活性汚泥は余剰汚泥と呼ばれる産業廃棄物となる。この余剰汚泥は、一部が堆肥やメタンガス等に利用されるものの、その半分以上が建設資材等に利用するために焼却処分されており、そのために助燃剤や人件費等のコストが多くかかっている。

【0004】

そこで、余剰汚泥（以下、単に汚泥ともいう）等を有効利用する方法が種々検討されており、その１つに、汚泥等を燃料に微生物を含む反応器を燃料電池として稼働させる微生物燃料電池がある（例えば、特許文献１等を参照）。この微生物燃料電池は、微生物に有機物を分解させて、電子及びプロトンを発生させる。発生した電子を負極により捕集し、回路を通じて正極に移動させ、プロトン及び酸素と反応させて水を生成する。このサイクルを回すことにより、電力を取り出すことができる。同時に、微生物による有機物の分解が進むため、汚泥を減少させることもできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２２７２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の微生物燃料電池では、水の生成反応を促進させてより多くの電力を取り出すために、メディエータと呼ばれる酸化還元反応を仲介する物質が正極溶液に添加されている。メディエータとしては、フェリシアン化カリウム（Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６）等の鉄触媒等が一般に使用されている。このフェリシアン化カリウムは、負極から正極に移動した電子を受け取り、正極溶液に溶けている酸素に電子を伝達する。

【0007】

しかし、フェリシアン化カリウムが劣化して酸化還元反応の効率が低下すると、発電効率が低下するため、正極溶液の交換が必要となる。また、フェリシアン化カリウムはシアンを有するため、正極溶液の廃液処理も別途必要となる。

【0008】

さらに、従来の微生物燃料電池では、微生物による汚泥の分解処理が進むにつれて、汚泥中のプロトンが増加して汚泥のｐＨが低下する。この場合、発電効率が低下するため、汚泥のｐＨを調整する必要がある。

【0009】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正極溶液の交換、廃液処理等の作業や汚泥のｐＨ調整等の作業が不要であり、作業性に優れた微生物燃料電池を実現できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明では、負極側のみならず、正極側においても汚泥を分解して減少させるようにした。

【0011】

ここに開示する微生物燃料電池は、微生物を含む汚泥を燃料として発電する微生物燃料電池であって、上記汚泥を収容する第１槽及び第２槽と、上記第１槽と上記第２槽とを接続するためのセパレータと、上記第１槽内の上記汚泥中に配置された負極と、上記第２槽内の上記汚泥中に配置された正極とを備えたことを特徴とする。

【0012】

この微生物燃料電池によれば、第１槽及び第２槽のいずれにも、フェリシアン化カリウム溶液等の正極溶液ではなく、汚泥が投入されるため、正極溶液の交換、廃液処理等の作業が不要となる。また、第１槽内の汚泥中に負極が配置されるとともに、第２槽内の汚泥中に正極が配置され、両極で汚泥が分解処理されることで、ｐＨの調整が不要となる。従って、作業性に優れた微生物燃料電池を実現できる。

【0013】

さらに、この微生物燃料電池によれば、負極側のみならず、正極側においても汚泥を分解して減少させることができるため、多くの量の汚泥を一度に分解処理することができ、作業性のみならず、汚泥の分解処理性能にも優れた微生物燃料電池を実現できる。

【0014】

上記微生物燃料電池の一実施形態では、上記セパレータはプロトン交換膜である。これにより、第１槽及び第２槽間におけるプロトンの移動が可能となるため、プロトンが過剰になり難く、ｐＨの調整がより一層不要となる。

【0015】

上記微生物燃料電池の一実施形態では、上記第１槽は嫌気性処理を行なう槽であり、かつ上記第２槽は空気が供給可能な構造を有する。このように構成することで、第１槽では、微生物による嫌気性処理が行なわれて電子及びプロトンを発生させる一方、第２槽では、空気が供給可能な状態、即ち酸素が通気可能な状態になっているため、酸素と電子及びプロトンとを反応させて水を生成する反応を促進できる。その結果、より多くの電流・電力を取り出すことができる。

【0016】

上記微生物燃料電池の一実施形態では、上記第２槽に空気が供給されている。このように構成することで、第２槽内の汚泥中に空気が供給される、即ち酸素が通気される。その結果、水の生成反応がより一層促進され、より一層多くの電流・電力を取り出すことができる。

【0017】

ここに開示する汚泥分解処理方法は、微生物を含む汚泥を分解して減少させる処理方法であって、セパレータを介して接続された第１槽及び第２槽を準備し、上記第１槽に上記汚泥を投入して、該汚泥中に負極を配置し、上記第２槽に上記汚泥を投入して、該汚泥中に正極を配置し、上記負極と上記正極とを電気的に接続することで、上記第１槽及び上記第２槽内の汚泥を分解して減少させることを特徴とする。

【0018】

この汚泥分解処理方法によれば、第１槽及び第２槽のいずれにも、フェリシアン化カリウム溶液等の正極溶液ではなく、汚泥を投入するため、正極溶液の交換、廃液処理等の作業が不要となる。また、第１槽内の汚泥中に負極を配置するとともに、第２槽内の汚泥中に正極を配置し、負極と正極とを電気的に接続し、両極で汚泥が分解処理されることで、ｐＨの調整が不要となる。従って、作業性に優れる。

【0019】

さらに、この汚泥分解処理方法によれば、負極側のみならず、正極側においても汚泥を分解して減少させることができるため、多くの量の汚泥を一度に分解処理することができ、作業性のみならず、汚泥の分解処理性能にも優れる。

【0020】

上記汚泥分解処理方法の一実施形態では、上記セパレータはプロトン交換膜である。これにより、第１槽及び第２槽間におけるプロトンの移動が可能となるため、プロトンが過剰になり難く、ｐＨの調整がより一層不要となる。

【0021】

上記汚泥分解処理方法の一実施形態では、上記第１槽において嫌気性処理を行ない、かつ上記第２槽を空気が供給可能な状態にする。これにより、第１槽では、微生物による嫌気性処理により電子及びプロトンを発生させる一方、第２槽では、酸素が通気可能な状態になっているため、酸素と電子及びプロトンとを反応させて水を生成する反応を促進できる。その結果、より多くの電流・電力を取り出すことができる。

【0022】

上記汚泥分解処理方法の一実施形態では、上記第２槽に空気を供給する。このように、第２槽内の汚泥中に空気を供給する、即ち酸素を通気することにより、水の生成反応がより一層促進され、より一層多くの電流・電力を取り出すことができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る微生物燃料電池によれば、作業性に優れた微生物燃料電池を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】活性汚泥法による廃水処理フローを示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る微生物燃料電池による発電の原理を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る微生物燃料電池の概略構成を示す図である。

【図4】発生電流の経時変化を示し、（ａ）は本発明の実施形態に係る微生物燃料電池（実施例１）のグラフであり、（ｂ）は従来の微生物燃料電池（比較例１）のグラフである。

【図5】第１槽（負極槽）における総汚泥量及び汚泥分解率の経時変化を示し、（ａ）は本発明の実施形態に係る微生物燃料電池（実施例１）のグラフであり、（ｂ）は従来の微生物燃料電池（比較例１）のグラフである。

【図6】本発明の実施形態に係る微生物燃料電池（実施例１）の第２槽（正極槽）における総汚泥量及び汚泥分解率の経時変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0026】

［微生物燃料電池］
図２乃至図３に本実施形態に係る微生物燃料電池１を示す。この微生物燃料電池１は、微生物を含む汚泥を燃料として発電するものであり、同時に、微生物により汚泥を分解処理するものである。

【0027】

なお、本明細書において、汚泥とは、微生物を含む汚泥をいう。より具体的には、例えば、図１に示す下水処理場の活性汚泥、返送汚泥、余剰汚泥等と呼ばれる微生物群集のほか、河川、沼、池、湖及び海等の底に堆積しているヘドロ等も含む。泥とは、主に粘土及びシルト等の粒子や細かい土が水を含んだ状態となっているものをいう。

【0028】

汚泥に含まれている微生物としては、例えば、体外に電子を放出しながら生きる電子生成菌（発電菌）と呼ばれる微生物等が挙げられ、嫌気性か好気性かは問わない。好気性条件下でも嫌気性条件下でも生存可能な通性好気性微生物（又は通性嫌気性微生物）等であってもよい。

【0029】

また、汚泥には有機物が含まれていてもよい。汚泥に含まれている有機物としては、例えば、工場や家庭から排出される廃水等である。

【0030】

図２及び図３に示すように、微生物燃料電池１は、汚泥Ｓを収容する第１槽２及び第２槽３と、第１槽２と第２槽３とを接続するためのセパレータとしてのプロトン交換膜４と、電極としての負極（アノード）５及び正極（カソード）６とを有している。

【0031】

汚泥Ｓは、上述のごとく、例えば、下水処理場の返送汚泥等である。汚泥Ｓの濃度は、第１槽２及び第２槽３内において汚泥Ｓを均一に撹拌できる濃度であることが好ましく、例えば、１ｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ程度である。また、上述のごとく、汚泥ＳのｐＨが低下すると、発電効率が低下するため、汚泥ＳのｐＨは、発電効率の観点から、５〜１０程度が好ましい。

【0032】

第１槽２は、汚泥Ｓが収容され、その汚泥Ｓ中に負極５が配置された槽、換言すると、負極槽である。また、第１槽２は、嫌気性処理を行なう槽であり、第１槽２の汚泥Ｓ内では、微生物（例えば、嫌気性微生物等）による嫌気的な生物学的処理が行なわれ、電子（ｅ⁻）及びプロトン（Ｈ^＋）が発生する。その結果、第１槽２内の汚泥Ｓが分解されて減少する。

【0033】

一方、第２槽３は、第１槽２と同様に、汚泥Ｓが収容され、その汚泥Ｓ中に正極６が配置された槽、換言すると、正極槽である。また、第２槽３は、空気が供給可能な構造としての曝気装置７を有していて、第２槽３内に空気が供給される。これにより、第２槽３は、空気が供給可能な状態、即ち酸素（Ｏ_２）が通気可能な状態になっており、第２槽３内の汚泥Ｓ中に空気が供給される、即ち酸素が通気される。このように、第２槽３は、その汚泥Ｓ中に酸素が通気されるため、好気性処理を行なう槽ともいえる。換言すると、第２槽３の汚泥Ｓ内では、微生物（例えば、好気性微生物、通性好気性微生物等）による好気的な生物学的処理が行なわれるものと考えられる。その結果、第２槽３内の汚泥Ｓも分解されて減少する。

【0034】

第１槽２及び第２槽３は、絶縁性、かつ微生物の分解を受けない材料であればどのようなものでもよく、例えば、塩化ビニール、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂パイプとすればよい。特に塩化ビニールパイプは耐久性があり、かつ価格も安いため好ましい。

【0035】

プロトン交換膜４は、第１槽２と第２槽３とを接続するためのものであり、第１槽２内で発生したプロトンがプロトン交換膜４を透過して第２槽３内に移動可能になっている。また、その逆も可能である。これにより、第２槽３において、第１槽２から移動したプロトンと、負極５から回路を通じて正極６に移動した電子と、汚泥Ｓ中の酸素とが反応して水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。

【0036】

プロトン交換膜４を介して第１槽２と第２槽３とを接続する構造としては、例えば、図２に示すように、１つの槽がプロトン交換膜４により第１槽２と第２槽３とに区画された構造、図３に示すように、２つの槽（第１槽２及び第２槽３）がプロトン交換膜４を介して接続された構造等が挙げられる。

【0037】

プロトン交換膜４は、プロトンを選択的に透過する高分子膜であればよく、一般に市販されている陽イオン交換膜等を使用することができる。プロトン交換膜４の直径は、第１槽２及び第２槽３の形状、大きさ等によって決定すればよく、例えば、φ５０ｍｍ〜φ２００ｍｍ程度である。また、プロトン交換膜４は、発生電流を安定化させて発電効率を向上させる観点から、表面積が大きいものが好ましい。

【0038】

電極としての負極５及び正極６は、上述のごとく、いずれも汚泥Ｓ中に配置され、負荷８を介して導線９に各々接続されている。微生物燃料電池１により発生させた電力は、導線９と接続された負荷８において利用することができる。導線９は、例えば、チタン、ニッケル、白金等とすればよく、また汎用のエナメル線等を用いてもよい。

【0039】

負極５及び正極６は、導電性の材料により形成すればよいが、電子を捕集する効果が高く、低コスト化を図ることができるため炭素が好ましい。炭素を電極として用いる場合、表面積を大きくすることが容易であるため、例えば、細かい炭素繊維がモール状に加工された生物膜処理用ひも状接触材〔ティビーアール（株）製、品名：バイオコード（登録商標）〕、炭素繊維からなるカーボンクロス、カーボンフェルト等とすればよい。この場合、導線９を電極に縫い込むことができ、電極との接続が容易となるという利点もある。

【0040】

［汚泥分解処理方法］
本実施形態に係る汚泥分解処理方法は、汚泥Ｓを分解して減少させる処理方法であり、例えば、上記微生物燃料電池１を用いることにより、容易に実施が可能となる。

【0041】

図２乃至図３に示すように、まず、プロトン交換膜４を介して接続された第１槽２及び第２槽３を準備する。次いで、第１槽２に汚泥Ｓを投入し、この汚泥Ｓ中に負極５を配置する。同様に、第２槽３にも汚泥Ｓを投入し、汚泥Ｓ中に正極６を配置する。そして、負極５と正極６とを電気的に接続する。これにより、第１槽２及び第２槽３内の汚泥Ｓを分解して減少させることが可能となる。

【0042】

より具体的には、第１槽２において、嫌気性処理を行なう。即ち、第１槽２では、微生物による嫌気性処理により、汚泥Ｓを分解させて、電子及びプロトンを発生させる。この電子は、負極５から負荷８及び導線９を通じて正極６に移動する。また、プロトンは、第１槽２からプロトン交換膜４を透過して第２槽３に移動する。

【0043】

一方、第２槽３は、空気が供給可能な状態、即ち酸素が通気可能な状態にすることにより、第２槽３内の汚泥Ｓ中に空気を供給する、即ち酸素を通気する。これにより、第２槽３では、この酸素と、正極６側に移動した電子及びプロトンとが反応して水が生成される。また、第２槽３の汚泥Ｓ中に酸素を通気して、微生物による好気性処理を行なうため、第２槽３、即ち正極６側においても汚泥Ｓを分解することができる。

【0044】

以上に説明したように、このサイクルを回すことにより、電力を取り出すことができ、同時に、第１槽２（負極５側）及び第２槽３（正極６側）内の汚泥Ｓを分解して減少させることができる。

【実施例】

【0045】

以下に、実施例によって本発明を詳細に説明する。以下の実施例は例示であり、本発明を限定することを意図するものではない。

【0046】

［微生物燃料電池の作製］
図３に示す微生物燃料電池１を作製した。より具体的には、まず、プロトン交換膜４を介して接続された１．８Ｌ容の第１槽２（負極槽）と、０．５Ｌ容の第２槽３（正極槽）とを準備した。次いで、第１槽２に初期濃度４ｇ／Ｌの汚泥Ｓを１．８Ｌ投入し、この汚泥Ｓ中に負極５を１本配置した。第２槽３にも初期濃度４ｇ／Ｌの汚泥Ｓを０．５Ｌ投入し、この汚泥Ｓ中に正極６を１本配置した。負極５と正極６とを１０Ωの金属皮膜抵抗（負荷８）を介して導線９に各々接続させ、電気的に接続させた。

【0047】

また、第１槽２及び第２槽３の底部に設置したマグネットスターラー（図示省略）により、汚泥Ｓを各々撹拌させた。さらに、曝気装置７により第２槽３内に空気を曝気し、第２槽３内の汚泥Ｓ中に酸素を通気するようにした。

【0048】

なお、プロトン交換膜４は、φ７５ｍｍの一価陽イオン交換膜〔（株）アストム製、品名：ネオセプタ（登録商標）ＣＭＳ〕を用いた。負極５は、長さ３０ｃｍのモール状炭素電極〔ティビーアール（株）製、品名：バイオコード〕を用いた。正極６は、長さ１０ｃｍのモール状炭素電極（同上）を用いた。また、汚泥Ｓは、東広島浄化センターの返送汚泥を用いた。

【0049】

以上のようにして得られた微生物燃料電池１を用い、約３０日間、汚泥Ｓを燃料として発電させ、同時に、微生物による汚泥Ｓの分解処理を行なった。

【0050】

［発生電流の測定］
発生電流として、１０Ωの金属皮膜抵抗に流れた電流をマルチメータ〔三和電気計器（株）製、品名：デジタルマルチメータＰＣ２０〕により３分毎に計測し、計測した電流値をパソコンで記録した。その結果を図４（ａ）に示す。

【0051】

［総汚泥量の測定］
まず、実験前に規定量の汚泥試料を第１槽２又は第２槽３から抜き取り、それを乾燥させた乾燥重量（初期乾燥重量）を測定する。次いで、所定期間毎に同量の汚泥試料を第１槽２又は第２槽３から抜き取り、上記と同様にして、乾燥重量（経時乾燥重量）を測定する。測定した初期乾燥重量と経時乾燥重量と、実験前の総汚泥量（初期総汚泥量：第１槽２は７．２ｇ、第２槽３は２．０ｇ）とから、残存する総汚泥量（経時総汚泥量）を求めた。第１槽２の結果を図５（ａ）に示し、第２槽３の結果を図６に示す。

【0052】

［汚泥分解率の測定］
汚泥分解率は、以下の式に基づいて求めた。第１槽２の結果を図５（ａ）に示し、第２槽３の結果を図６に示す。
［数１］
汚泥の分解率（％）＝〔初期総汚泥量（ｇ）−経時総汚泥量（ｇ）〕／初期総汚泥量（ｇ）×１００ （式）

【0053】

（実施例１）
図４（ａ）に示すように、２５日間における発生電流の平均値は１．６８ｍＡであった。なお、図４（ａ）において、第１槽（負極槽）における汚泥のｐＨの変動幅は７．５〜６．１であり、第２槽（正極槽）における汚泥のｐＨの変動幅は８．５〜５．８であった。実施例１では、後述する比較例１と異なり、第１槽（負極槽）及び第２槽（正極槽）のいずれにも水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を添加していない。

【0054】

図５（ａ）に示すように、２５日経過後において、第１槽（負極槽）における汚泥分解率は４１．３％であった。また、図６に示すように、２５日経過後において、第２槽（正極槽）における汚泥分解率は６３．９％であった。

【0055】

また、図５（ａ）及び図６に示す初期総汚泥量から経時総汚泥量（処理日数：２５）を減算することにより、２５日経過後における汚泥の分解量を求めた。その結果、第１槽（負極槽）における汚泥の分解量は３．０ｇであり、第２槽（正極槽）における汚泥の分解量は１．３ｇであった。従って、微生物燃料電池全体における汚泥の分解量は４．３ｇであった。

【0056】

（比較例１）
第２槽（正極槽）に、初期濃度４ｇ／Ｌの汚泥Ｓを０．５Ｌ投入する代わりに、２０ｍＭのフェリシアン化カリウム（Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６）溶液を０．５Ｌ投入したこと以外は、実施例１と同様にして微生物燃料電池を作製した。なお、比較例１では、上述のごとく、第２槽に汚泥が収容されていないため、第２槽における総汚泥量及び汚泥分解率の測定は行なっていない。

【0057】

図４（ｂ）に示すように、約３０日間における発生電流の平均値は１．６７ｍＡであった。なお、図４（ｂ）において、ｐＨと記載の矢印は、第１槽（負極槽）における汚泥のｐＨの低下により、発生電流が著しく低下したため、第１槽（負極槽）に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を添加し、汚泥のｐＨが７近傍になるように調整した時点を示す。また、交換と記載の矢印は、第２槽（正極槽）内のフェリシアン化カリウム溶液を交換した時点を示す。

【0058】

図５（ｂ）に示すように、３０日経過後において、第１槽（負極槽）における汚泥分解率は４８．２％であった。

【0059】

また、実施例１と同様にして、３０日経過後における汚泥の分解量を求めた結果、第１槽（負極槽）における汚泥の分解量は３．５ｇであった。

【0060】

図４に示された結果から、実施例１は、比較例１と対比して、発生電流が比較的安定しており、汚泥のｐＨを調整する必要がないことが分かる。また、第２槽（正極槽）にも汚泥が投入され、フェリシアン化カリウム溶液が使用されていないため、当該溶液を交換する必要もない。従って、実施例１の微生物燃料電池は、比較例１の微生物燃料電池と対比して、作業性に優れることが分かる。

【0061】

図５及び図６に示された結果から、実施例１は、比較例１と対比して、第１槽（負極槽）のみならず、第２槽（正極槽）においても汚泥を分解して減少させることができるため、一度に処理可能な汚泥の分解量が多いことが分かる。従って、実施例１の微生物燃料電池は、比較例１の微生物燃料電池と対比して、多くの量の汚泥を一度に分解処理できることが分かる。

【0062】

以上のことから、実施例１の微生物燃料電池は、比較例１の微生物燃料電池と対比して、作業性及び汚泥の分解処理性能に優れている。

【0063】

［その他の実施形態］
第１槽２及び第２槽３には、発生した二酸化炭素や水等を排出するための排気口や排気装置を設けてもよい。また、汚泥Ｓを投入するための投入口を設けてもよい。

【0064】

上記実施形態では、電極は、負極５及び正極６ともに１本ずつ用いているが、電極表面に付着する微生物を増やすことにより発生電流を増やすことができるため、複数本用いてもよい。例えば、負極５どうし又は正極６どうしを並列に接続した場合、電流を加算して高電流化が可能となる。また、負極５と正極６とを順次直列に接続して、複数台の微生物燃料電池１を直列接続することもできる。この場合、電圧を加算して高電圧化が可能となる。

【0065】

上記実施形態の微生物燃料電池１は、回分式（バッチ式）であるが、例えば、微生物により分解されて減少した分と同量の汚泥Ｓを第１槽２又は第２槽３に再度投入する連続式で構成することもできる。また、回分式と連続式とを組み合わせて構成してもよい（半回分式、半連続式）。

【0066】

上記実施形態では、第１槽２と第２槽３とはプロトン交換膜４を介して接続されているが、第１槽２内で発生したプロトンが第２槽３内に移動可能に構成されていればよい。より具体的には、プロトン交換膜４の代わりに、イオンが移動でき、かつ汚泥Ｓを負極５側と正極６側に分離できるもの、例えば、化学電池等に用いられる塩橋等を用いてもよい。この場合、例えば、図１に示す下水処理場の沈殿槽を負極槽として沈殿槽内に負極５を配置し、浄化槽を正極槽として浄化槽内に正極６を配置し、負極５と正極６とを電気的に接続する。そして、負極槽と正極槽とを塩橋により接続することで、上記実施形態に係る汚泥分解処理方法を使用して、汚泥Ｓを分解して減少させることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明の微生物燃料電池及び汚泥分解処理方法は、例えば、下水処理場の余剰汚泥を有効利用できるため、極めて有用である。

【符号の説明】

【0068】

１ 微生物燃料電池
２ 第１槽
３ 第２槽
４ プロトン交換膜（セパレータ）
５ 負極
６ 正極
７ 曝気装置
８ 負荷
９ 導線
Ｓ 汚泥

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】