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特開2022-73392処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法
(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】P2022073392
(43)【公開日】2022-05-17
(54)【発明の名称】処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法
(51)【国際特許分類】
C02F 3/28 20060101AFI20220510BHJP
B01D 53/56 20060101ALI20220510BHJP
B01D 53/60 20060101ALI20220510BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20220510BHJP
B01D 53/78 20060101ALI20220510BHJP
C02F 1/72 20060101ALI20220510BHJP
B01D 53/50 20060101ALI20220510BHJP
H01M 8/22 20060101ALI20220510BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20220510BHJP
【ＦＩ】
C02F3/28 A
B01D53/56 200
B01D53/60 200
B01D53/62 ZAB
B01D53/78
C02F1/72 C
B01D53/50 200
H01M8/22
H01M8/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020183347
(22)【出願日】2020-10-30
(71)【出願人】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002826
【氏名又は名称】弁理士法人雄渾
(72)【発明者】
【氏名】清川 達則
【テーマコード（参考）】
4D002
4D040
4D050
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
4D002AA02
4D002AA09
4D002AA12
4D002AB01
4D002AC10
4D002BA02
4D002BA13
4D002CA06
4D002DA12
4D002DA35
4D002EA01
4D002GA01
4D002GA03
4D002GB03
4D002HA01
4D040AA24
4D040AA26
4D040AA27
4D040AA31
4D040AA42
4D050AA13
4D050AA15
4D050AB31
4D050AB35
4D050AB41
4D050BB01
4D050BB20
4D050BD02
4D050BD03
4D050BD04
4D050BD06
4D050CA15
4D050CA16
4D050CA17
4D050CA20
5H126BB08
5H126BB10
5H126FF05
5H127AA08
5H127AB21
5H127AC15
5H127BA01
5H127BA02
5H127BB02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】被処理物の嫌気処理後の排出物を活用し、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理を可能とする処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供する。
【解決手段】被処理物を嫌気処理する消化設備を備える処理システムにおいて、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電又は脱硫処理を行う処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供する。本発明によれば、濾液水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体とした反応により、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電や脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【選択図】図１
【解決手段】被処理物を嫌気処理する消化設備を備える処理システムにおいて、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電又は脱硫処理を行う処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供する。本発明によれば、濾液水中に含まれる還元性物質を直接電子供与体とした反応により、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電や脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理物に対する嫌気処理を行う消化設備を備える処理システムであって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電を行うことを特徴とする、処理システム。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電を行うことを特徴とする、処理システム。
【請求項2】
被処理物に対する嫌気処理を行う消化設備を備える処理システムであって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により脱硫処理を行うことを特徴とする、処理システム。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により脱硫処理を行うことを特徴とする、処理システム。
【請求項3】
前記濾液と電極とを接触させ、発電を行う発電部を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の処理システム。
【請求項4】
前記電極間にイオン交換体を配置することを特徴とする、請求項３に記載の処理システム。
【請求項5】
前記発電部の電極表面と、前記濾液中の還元性物質を含む電極反応成分との接触効率を向上させる接触効率向上手段を備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の処理システム。
【請求項6】
前記接触効率向上手段は、前記電極表面に対し、前記電極反応成分の移動速度を速める移動速度制御手段を備えることを特徴とする、請求項５に記載の処理システム。
【請求項7】
前記移動速度制御手段として、前記濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度制御手段を設けることを特徴とする、請求項６に記載の処理システム。
【請求項8】
前記接触効率向上手段は、前記電極反応成分の濃度を制御する濃度制御手段を備えることを特徴とする、請求項５に記載の処理システム。
【請求項9】
前記濃度制御手段として、前記濾液中の還元性物質を、前記濾液中に溶存させるためのｐＨ制御手段を設けることを特徴とする、請求項８に記載の処理システム。
【請求項10】
前記接触効率向上手段は、前記電極表面に堆積した堆積物を洗浄する洗浄手段を備えることを特徴とする、請求項５に記載の処理システム。
【請求項11】
前記発電部に対し、燃焼装置で生じた排ガスを供給する排ガス供給手段を設けることを特徴とする、請求項３又は４に記載の処理システム。
【請求項12】
前記燃焼装置は、嫌気処理後の排出物を固液分離した固形物を焼却するもの及び／又は嫌気処理で生じたガスを燃焼するものであることを特徴とする、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項13】
前記発電部の電極に含まれる気体を除去する脱気手段を備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の処理システム。
【請求項14】
被処理物を嫌気処理する処理システムに設ける発電装置であって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行うことを特徴とする、発電装置。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行うことを特徴とする、発電装置。
【請求項15】
被処理物を嫌気処理する処理システムに設ける脱硫処理装置であって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供することを特徴とする、脱硫処理装置。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供することを特徴とする、脱硫処理装置。
【請求項16】
被処理物の嫌気処理における発電方法であって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行う工程を備えることを特徴とする、発電方法。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行う工程を備えることを特徴とする、発電方法。
【請求項17】
被処理物の嫌気処理における脱硫方法であって、
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供する工程を備えることを特徴とする、脱硫方法。
嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供する工程を備えることを特徴とする、脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発電あるいは脱硫処理を伴う処理システムに関するものである。また、本発明は、嫌気処理における発電装置及び発電方法に関するものである。さらに、本発明は、嫌気処理における脱硫処理装置及び脱硫方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、有機物を含む被処理物を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。特に、嫌気的な環境下での生物処理（以下、「嫌気処理」と呼ぶ）は、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入のメリットが高いことから広く用いられており、例えば、被処理物が固形分を多く含むバイオマスの場合、消化槽を用いた嫌気処理などが知られている。また、嫌気処理に付随して、様々な処理工程や技術を組み合わせることも行われている。例えば、嫌気処理に付随させる技術の一つとしては、嫌気処理により発生したメタンなどのバイオガスを燃料として用い、発電を行うことが知られている。
【0003】
一方、微生物を利用した処理として、微生物による酸化還元反応を利用した発電を行う微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池とは、微生物の代謝能力を利用して電気エネルギーを得るものである。より具体的には、微生物燃料電池とは、微生物によって有機物などの基質が酸化分解する過程で生じた電子をアノード側で回収し、カソード側に電子を移動させることで電流を得る構成を有するものである。
【0004】
例えば、特許文献１には、一対の電極の一方をアノードとして嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む溶液（懸濁液）と接触させ、他方の電極をカソードとして構造上空隙を有する材料によって形成して空気と接触させ、アノードとカソードを電気的に接続して閉回路を形成させた発電装置が記載されている。また、特許文献１には、アノード表面に微生物を付着させることも記載されている。さらに、特許文献１には、この発電装置により、アノードにおける有機性物質を電子供与体とする微生物による酸化反応、及び、カソードにおける酸素を電子受容体とする還元反応を進行させる発電方法についても記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００４－４４２４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されるような微生物燃料電池による発電は、エネルギー変換効率が低く、実用化に際しては発電出力の向上が大きな課題となっている。これは、微生物を直接電極に接触あるいは担持させるため、電極への物質移動が微生物により阻害されることや、微生物の代謝速度が律速となることに起因しているものと推察される。
【0007】
また、近年、嫌気処理に限らず、被処理物の各種処理を行う処理システムの設備駆動電力を抑え、省エネルギー化に優れるものとするために、処理システムに付随させる技術として、効率的なエネルギーの回収・利用が可能な技術が求められている。このような技術の一つとして、被処理物の処理システムに微生物燃料電池を適用し、被処理物の処理と発電を同時に行うことに係る技術が検討されているが、上記したように、十分な発電出力を得ることが困難であるという課題がある。
【0008】
さらに、被処理物の処理に付随させる技術としては、効率的なエネルギーの回収・利用以外にも、嫌気処理などの処理時に発生する被処理物中の有害物質を効率的に除去する技術が求められる。このような技術としては、特に、嫌気処理時に発生する硫化水素を除去する脱硫処理を効率的に行うことが求められている。
【0009】
特に、嫌気処理においては、嫌気処理後の排出物を再度嫌気処理に供することや、嫌気処理後の排出物に対する別処理が必要となることがある。このとき、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電や脱硫処理を行うことで、被処理物の処理に係るランニングコストの低減や、処理全体に係る処理能力の向上が期待される。
【0010】
本発明の課題は、被処理物の嫌気処理後の排出物を活用し、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理を可能とする処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とした反応を行うことにより、排水処理において、発電による効率的なエネルギーの回収・利用や脱硫処理が可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法である。
すなわち、本発明は、以下の処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法である。
【0012】
上記課題を解決するための本発明の処理システムは、被処理物に対する嫌気処理を行う消化設備を備える処理システムであって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電を行うという特徴を有する。
【0013】
本発明の処理システムは、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【0014】
また、上記課題を解決するための本発明の処理システムの別の態様としては、被処理物に対する嫌気処理を行う消化設備を備える処理システムであって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応により脱硫処理を行うという特徴を有する。
【0015】
本発明の処理システムは、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、還元性物質である硫化水素を硫黄に変換することができ、被処理物中の硫化水素を効率的に除去することが可能となる。また、嫌気処理後に発生する排出物に対して脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【0016】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、濾液と電極とを接触させ、発電を行う発電部を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、濾液と接触するように電極を設置することで、被処理物の処理における一連の処理過程の中で発電を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施することが可能となる。また、このとき、濾液中に含まれる硫化水素を電子供与体とする電極反応が進行することで、硫黄に変換される。このため、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。
この特徴によれば、濾液と接触するように電極を設置することで、被処理物の処理における一連の処理過程の中で発電を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施することが可能となる。また、このとき、濾液中に含まれる硫化水素を電子供与体とする電極反応が進行することで、硫黄に変換される。このため、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。
【0017】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、電極間にイオン交換体を配置するという特徴を有する。
この特徴によれば、一対の電極間における電子の移動効率を高めることが可能となるため、発電効率や脱硫処理効率をより向上させることが可能となる。
この特徴によれば、一対の電極間における電子の移動効率を高めることが可能となるため、発電効率や脱硫処理効率をより向上させることが可能となる。
【0018】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、発電部の電極表面と、濾液中の還元性物質を含む電極反応成分との接触効率を向上させる接触効率向上手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、発電部の電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることが可能となる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、発電部の電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることが可能となる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0019】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、接触効率向上手段は、電極表面に対し、電極反応成分の移動速度を速める移動速度制御手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、電極表面に対して速やかに電極反応成分を供給することが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることで、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、電極表面に対して速やかに電極反応成分を供給することが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることで、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0020】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、移動速度制御手段として、濾液中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度制御手段を設けるという特徴を有する。
この特徴によれば、還元性物質を電子供与体とする反応について、物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じるように、温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
この特徴によれば、還元性物質を電子供与体とする反応について、物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じるように、温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
【0021】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、接触効率向上手段は、電極反応成分の濃度を制御する濃度制御手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、電極反応に関与する電極反応成分量を増大させることが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることで、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、電極反応に関与する電極反応成分量を増大させることが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることで、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0022】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、濃度制御手段として、濾液中の還元性物質を、濾液中に溶存させるためのｐＨ制御手段を設けるという特徴を有する。
この特徴によれば、ｐＨに応じて溶液中への溶解度が変わる還元性物質を、濾液中により多く留めることが可能となり、電子供与体として反応に供する還元性物質の量を増加させることができる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
この特徴によれば、ｐＨに応じて溶液中への溶解度が変わる還元性物質を、濾液中により多く留めることが可能となり、電子供与体として反応に供する還元性物質の量を増加させることができる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
【0023】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、接触効率向上手段は、電極表面に堆積した堆積物を洗浄する洗浄手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、電極表面の堆積物を除去することが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることができ、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、電極表面の堆積物を除去することが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることができ、電極反応の効率低下を抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0024】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、発電部に対し、燃焼装置で生じた排ガスを供給する排ガス供給手段を設けるという特徴を有する。
この特徴によれば、燃焼装置で生じた排ガスを発電部へ供給する排ガス供給手段を備えることにより、電極反応におけるカソード側のｐＨ上昇を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、燃焼装置で生じた排ガスを発電部へ供給する排ガス供給手段を備えることにより、電極反応におけるカソード側のｐＨ上昇を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0025】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、燃焼装置は、嫌気処理後の排出物を固液分離した固形物を焼却するもの及び／又は嫌気処理で生じたガスを燃焼するものであるという特徴を有する。
この特徴によれば、燃焼対象を容易に得ることができるとともに、固形物処理やガス利用に係る既設の燃焼装置を利用することができる。これにより、本発明の処理システムのために、新たに燃焼装置を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
この特徴によれば、燃焼対象を容易に得ることができるとともに、固形物処理やガス利用に係る既設の燃焼装置を利用することができる。これにより、本発明の処理システムのために、新たに燃焼装置を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
【0026】
また、本発明の処理システムの一実施態様としては、発電部の電極に含まれる気体を除去する脱気手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、電極に含まれる気体を除去する脱気手段を備えることにより、電極内部の比表面積が低下するという問題を解決することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
この特徴によれば、電極に含まれる気体を除去する脱気手段を備えることにより、電極内部の比表面積が低下するという問題を解決することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0027】
また、上記課題を解決するための本発明の発電装置としては、被処理物を嫌気処理する処理システムに設ける発電装置であって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行うという特徴を有する。
本発明の発電装置は、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
また、本発明の発電装置は、既存の処理システムに適用することで、処理システム全体を大規模に更新することなく、発電を行うことができる処理システムに更新することが可能となる。
本発明の発電装置は、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
また、本発明の発電装置は、既存の処理システムに適用することで、処理システム全体を大規模に更新することなく、発電を行うことができる処理システムに更新することが可能となる。
【0028】
また、上記課題を解決するための本発明の脱硫処理装置としては、被処理物を嫌気処理する処理システムに設ける脱硫処理装置であって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供するという特徴を有する。
本発明の脱硫処理装置は、被処理物中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。また、嫌気処理後に発生する排出物に対して脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
また、本発明の脱硫処理装置は、既存の処理システムに適用することで、処理システム全体を大規模に更新することなく、脱硫処理を行うことができる処理システムに更新することが可能となる。
本発明の脱硫処理装置は、被処理物中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。また、嫌気処理後に発生する排出物に対して脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
また、本発明の脱硫処理装置は、既存の処理システムに適用することで、処理システム全体を大規模に更新することなく、脱硫処理を行うことができる処理システムに更新することが可能となる。
【0029】
また、上記課題を解決するための本発明の発電方法としては、被処理物を嫌気処理する排水処理における発電方法であって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として発電を行う工程を備えるという特徴を有する。
本発明の発電方法は、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
本発明の発電方法は、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて発電を行うことで、微生物による物質移動の阻害が生じることがないため、効率的な発電が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することが可能となる。さらに、嫌気処理後に発生する排出物を活用し、発電を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【0030】
また、上記課題を解決するための本発明の脱硫方法としては、被処理物を嫌気処理する排水処理における脱硫方法であって、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中の還元性物質を電子供与体として脱硫処理に供する工程を備えるという特徴を有する。
本発明の脱硫方法は、被処理物中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。また、嫌気処理後に発生する排出物に対して脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
本発明の脱硫方法は、被処理物中に含まれる還元性物質を直接電子供与体として用いて脱硫処理を行うことで、硫化水素を系外に排出することなく、効率的な脱硫が可能となる。また、嫌気処理後に発生する排出物に対して脱硫処理を行うことができ、嫌気処理に係るランニングコストの低減や、処理システム全体に係る処理能力の向上が可能となる。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、被処理物の嫌気処理後の排出物を活用し、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理を可能とする処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の第１の実施態様における処理システムの概略説明図である。
【図2】本発明の第２の実施態様における処理システムの概略説明図である。
【図3】本発明の第２の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
【図4】本発明の第３の実施態様における処理システムの概略説明図である。
【図5】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける接触効率向上手段（移動速度制御手段）を示す概略説明図である。
【図6】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける移動速度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図7】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける移動速度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図8】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける移動速度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図9】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける移動速度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図10】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける移動速度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図11】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける接触効率向上手段（濃度制御手段）の別態様を示す概略説明図である。
【図12】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける濃度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図13】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける濃度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図14】本発明の第３の実施態様の処理システムにおける濃度制御手段の別態様を示す概略説明図である。
【図15】本発明の第４の実施態様の処理システムにおける接触効率向上手段（洗浄手段）を示す概略説明図である。
【図16】本発明の第４の実施態様の処理システムにおける洗浄手段の別態様を示す概略説明図である。
【図17】本発明の第４の実施態様の処理システムにおける洗浄手段の別態様を示す概略説明図である。
【図18】本発明の第４の実施態様の処理システムにおける洗浄手段の別態様を示す概略説明図である。
【図19】本発明の第４の実施態様の処理システムにおける洗浄手段の別態様を示す概略説明図である。
【図20】本発明の第５の実施態様における処理システムの概略説明図である。
【図21】本発明の第５の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
【図22】本発明の第６の実施態様の処理システムにおける脱気手段を示す概略説明図である。
【図23】本発明の第６の実施態様の処理システムにおける脱気手段の別態様を示す概略説明図である。
【図24】本発明の第６の実施態様の処理システムにおける脱気手段の別態様を示す概略説明図である。
【図25】本発明の第７の実施態様の処理システムにおける絶縁機構を示す概略説明図である。
【図26】本発明の第７の実施態様の処理システムにおける絶縁機構の別態様を示す概略説明図である。
【図27】本発明の第７の実施態様の処理システムにおける絶縁機構の別態様を示す概略説明図である。
【図28】本発明の第８の実施態様における処理システムの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法の実施態様を詳細に説明する。本発明における発電方法及び脱硫方法は、本発明における処理システム、発電装置及び脱硫処理装置の作動の説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法については、本発明に係る処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
なお、実施態様に記載する処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法については、本発明に係る処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
【0034】
本発明の処理システムにおいて、処理対象である被処理物は、特に限定されない。なお、被処理物としては、処理システムにおける処理経過に伴って還元性物質が生成されることが好ましい。具体的な被処理物の例としては、例えば、家庭や各種工場から排出する生ごみや食品廃棄物、木などバイオマスのほか、各種工場から排出される工業排水や下水などの生活排水を処理した後の余剰汚泥などが挙げられる。なお、以下の実施態様においては、被処理物として、処理を経ることで還元性物質が生成するものについて主に説明するが、これに限定されるものではない。
【0035】
また、本発明において、還元性物質とは、電子供与体として機能するものであればよく、特に限定されない。ある物質が電子供与体として機能するか否かは、電子受容体として機能する物質（以下、単に「電子受容体」と呼ぶ）との組み合わせによって相対的に決まるものである。つまり、本発明における還元性物質は、電子受容体よりも電子を放出しやすいもの、すなわち電子受容体よりも酸化還元電位が低いものとすることが挙げられる。例えば、電子受容体として酸素を用いた場合、本発明における還元性物質は、酸素よりも酸化還元電位が低いものであればよく、このような還元性物質としては、硫化水素、水素、アンモニアなどが挙げられる。
【0036】
〔第１の実施態様〕
（処理システム）
図１は、本発明の第１の実施態様における処理システムの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における処理システム１Ａは、図１に示すように、処理槽２と、固液分離部３と、発電部４とを備えるものである。また、処理システム１Ａは、処理槽２に被処理物Ｓを導入する導入配管Ｌ１、処理槽２と固液分離部３を接続する接続配管Ｌ２、固液分離部３で分離された濾液Ｆを発電部４に導入する導入配管Ｌ３、固液分離部３で分離された固形物を系外に排出する排出配管Ｌ４、発電部４から処理水Ｗ２を系外に排出する排出配管Ｌ５を備えている。
（処理システム）
図１は、本発明の第１の実施態様における処理システムの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における処理システム１Ａは、図１に示すように、処理槽２と、固液分離部３と、発電部４とを備えるものである。また、処理システム１Ａは、処理槽２に被処理物Ｓを導入する導入配管Ｌ１、処理槽２と固液分離部３を接続する接続配管Ｌ２、固液分離部３で分離された濾液Ｆを発電部４に導入する導入配管Ｌ３、固液分離部３で分離された固形物を系外に排出する排出配管Ｌ４、発電部４から処理水Ｗ２を系外に排出する排出配管Ｌ５を備えている。
【0037】
図１に示した処理システム１Ａでは、被処理物Ｓに対して処理槽２による嫌気処理を行い、固液分離部３において嫌気処理を経た後の排出物（処理液Ｗ１）を濾液Ｆと固形物に分離し、濾液Ｆを発電部４に導入する。これにより、被処理物Ｓの嫌気処理後の排出物を活用し、より効率的なエネルギーの回収・利用あるいは脱硫処理が可能となる。
以下、処理システム１Ａの各構成について説明する。
以下、処理システム１Ａの各構成について説明する。
【0038】
（処理槽）
処理槽２は、被処理物Ｓに対して嫌気処理を行うための槽である。
処理槽２で行う処理は、被処理物Ｓ中に含まれる処理対象に合った嫌気処理であり、処理後の排出物（処理液Ｗ１）中に還元性物質を含むものであれば、特に制限されない。例えば、酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵や、脱窒菌により硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理や、硫酸還元菌により硫酸の還元を行う硫酸還元処理等が挙げられる。
本実施態様における処理槽２で行う嫌気処理としては、処理コストや生成ガスの有用性の観点から、メタンを生成するメタン発酵が特に好ましい。したがって、処理槽２は、被処理物Ｓの消化を行う消化設備として機能する構造を有することが好ましい。より具体的には、処理槽２は、消化槽として公知の構造を有することが好ましく、消化槽に係る具体的な構造については特に限定されない。
処理槽２は、被処理物Ｓに対して嫌気処理を行うための槽である。
処理槽２で行う処理は、被処理物Ｓ中に含まれる処理対象に合った嫌気処理であり、処理後の排出物（処理液Ｗ１）中に還元性物質を含むものであれば、特に制限されない。例えば、酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵や、脱窒菌により硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理や、硫酸還元菌により硫酸の還元を行う硫酸還元処理等が挙げられる。
本実施態様における処理槽２で行う嫌気処理としては、処理コストや生成ガスの有用性の観点から、メタンを生成するメタン発酵が特に好ましい。したがって、処理槽２は、被処理物Ｓの消化を行う消化設備として機能する構造を有することが好ましい。より具体的には、処理槽２は、消化槽として公知の構造を有することが好ましく、消化槽に係る具体的な構造については特に限定されない。
【0039】
処理槽２において、嫌気処理のうち、特にメタン発酵を行う場合、被処理物Ｓを処理した後の排出物（処理液Ｗ１）中には、メタンのほか、硫化水素、水素、アンモニア等が生成する。なお、これら生成物は、本発明における還元性物質に相当するものである。
【0040】
処理槽２で処理された被処理物Ｓは還元性物質を含有する排出物（処理液Ｗ１）となり、接続配管Ｌ２を介して、固液分離部３へ導入される。
【0041】
（固液分離部）
固液分離部３は、処理槽２から導入された処理液Ｗ１を、固形物と濾液Ｆに分離処理するためのものである。
ここで、固液分離部３で分離処理される処理液Ｗ１は、処理槽２で嫌気処理された後の排出物であり、余剰汚泥などの泥状物を含む固液混合物（スラッジ）である。また、処理液Ｗ１中には、メタン発酵により生成した還元性物質が含有されている。
したがって、固液分離部３で処理液Ｗ１を固液分離し、還元性物質を含有する濾液Ｆを回収して後段の発電部４に導入することで、還元性物質を電子供与体とする反応を進行させることが可能となる。
固液分離部３は、処理槽２から導入された処理液Ｗ１を、固形物と濾液Ｆに分離処理するためのものである。
ここで、固液分離部３で分離処理される処理液Ｗ１は、処理槽２で嫌気処理された後の排出物であり、余剰汚泥などの泥状物を含む固液混合物（スラッジ）である。また、処理液Ｗ１中には、メタン発酵により生成した還元性物質が含有されている。
したがって、固液分離部３で処理液Ｗ１を固液分離し、還元性物質を含有する濾液Ｆを回収して後段の発電部４に導入することで、還元性物質を電子供与体とする反応を進行させることが可能となる。
【0042】
固液分離部３としては、処理液Ｗ１中に含まれる固形物と濾液Ｆとを分離することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、凝集沈殿槽、沈殿槽のような沈降分離式によるものや、遠心分離機を備える遠心分離式によるもののほか、ベルトプレス脱水機やスクリュープレス脱水機のような加圧濾過装置を備えるものなどが挙げられる。
【0043】
固液分離部３で分離された濾液Ｆは、還元性物質を含有する処理水Ｗ２として導入配管Ｌ３を介し、発電部４へ導入される。一方、固液分離部３で分離された固形物は、排出配管Ｌ４を介して系外に排出される。このとき、排出配管Ｌ４の後段に、固形物を処理する処理設備を設けるものとしてもよい。
【0044】
（発電部（発電装置・脱硫処理装置））
発電部４は、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体として発電を行うためのものである。また、本実施態様における発電部４は、濾液Ｆ中の還元性物質のうち、硫化水素などの硫黄含有化合物を電子供与体とすることで、脱硫処理を行うことも可能となる。
以下、本実施態様の発電部４の構造について、発電に係る観点から説明する。なお、本実施態様の発電部４による脱硫処理の詳細については後述する。
発電部４は、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体として発電を行うためのものである。また、本実施態様における発電部４は、濾液Ｆ中の還元性物質のうち、硫化水素などの硫黄含有化合物を電子供与体とすることで、脱硫処理を行うことも可能となる。
以下、本実施態様の発電部４の構造について、発電に係る観点から説明する。なお、本実施態様の発電部４による脱硫処理の詳細については後述する。
【0045】
本実施態様の発電部４は、図１に示すように、固液分離部３の後段に設けられ、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂと、セル４１ａ、４１ｂの間を仕切るように設けられたイオン交換体４５と、セル４１ａ、４１ｂにそれぞれ配置された電極４３ａ、４３ｂとを備えている。ここで、第１のセル４１ａは、固液分離部３から導入配管Ｌ３を介して導入された濾液Ｆが電極４３ａに接触するように形成されており、第１のセル４１ａに配置された電極４３ａはアノードとして機能する。一方、第２のセル４１ｂは、電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されており、第２のセル４１ｂに配置された電極４３ｂはカソードとして機能する。また、電極４３ａ、４３ｂは導線により外部回路と接続されている（不図示）。これにより、発電部４において、還元性物質が電子供与体として作用することで発生する電気エネルギーの回収及び利用が可能となる。
【0046】
第１のセル４１ａは、電極４３ａを備え、濾液Ｆが電極４３ａに接触するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。例えば、図１に示すように、導入配管Ｌ３を介して導入口４２ａから導入された濾液Ｆを一時的に貯留可能なスペースを有し、電極４３ａに接触した後の処理水Ｗ２を排出口４２ｂから排出するための排出配管Ｌ５を備えるものとすること等が挙げられる。これにより、濾液Ｆ中の還元性物質は電子供与体として電極４３ａに電子を供与した後、排出配管Ｌ５を介して速やかに排出される。なお、導入口４２ａ及び排出口４２ｂの位置関係は特に限定されない。例えば、図１に示すように、導入口４２ａを第１のセル４１ａの側面に設け、排出口４２ｂを第１のセル４１ａの底面に設けるもののほか、導入口４２ａ及び排出口４２ｂを第１のセル４１ａの側面に設け、導入口４２ａよりも垂直方向に高い位置に排出口４２ｂを設けるものなどが挙げられる。
【0047】
また、導入配管Ｌ３及び／又は排出配管Ｌ５に、バルブ等の流量調整機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極４３ａに接触させる濾液Ｆの量及び流速を調整し、電極４３ａに対する物質移動速度を制御することが可能となる。
【0048】
排出配管Ｌ５を介して排出された処理水Ｗ２は、河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出配管Ｌ５の後段に、処理水Ｗ２を更に処理するための処理設備を設け、処理水Ｗ２を処理した後、系外へ排出するものとしてもよい。このような処理設備としては、処理水Ｗ２が系外あるいは河川への放流が可能な水質となるように処理できるものであれば特に限定されない。例えば、曝気槽やｐＨ調整槽などが挙げられる。
【0049】
第２のセル４１ｂは、電極４３ｂを備え、濾液Ｆ中の還元性物質に対する電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。
【0050】
ここで、電子受容体の形態は、気体、液体のいずれであってもよい。なお、液体としては、固体薬剤を溶解させた溶液であってもよく、気体を混合（溶解）させた溶液であってもよい。
本実施態様において電子受容体の具体的な例については、例えば、気体としては、酸素及び酸素を含む気体が挙げられる。なお、酸素を含む気体とは、空気のように混合物として酸素を含むものや、二酸化炭素のように化合物を構成する元素として酸素を含むものが挙げられる。電子受容体として気体を用いた場合、反応後に排出したものの処理が不要（あるいは容易）であることや、入手に係るコストを低減できるという利点がある。なお、これらの利点を最大限活用するためには、電子受容体として、空気を用いることが特に好ましい。
また、本実施態様において電子受容体の他の例としては、例えば、液体として、溶存酸素を含む溶液や、フェリシアン化カリウム水溶液のような酸化剤の水溶液等が挙げられる。電子受容体として液体を用いた場合、電子受容体として効果の高い化合物（酸化剤）の取り扱いが容易となるため、発電効率をより向上させることができるという利点がある。なお、発電効率を向上させるという観点からすると、電子受容体としては、フェリシアン化カリウム水溶液を用いることが特に好ましい。
本実施態様において電子受容体の具体的な例については、例えば、気体としては、酸素及び酸素を含む気体が挙げられる。なお、酸素を含む気体とは、空気のように混合物として酸素を含むものや、二酸化炭素のように化合物を構成する元素として酸素を含むものが挙げられる。電子受容体として気体を用いた場合、反応後に排出したものの処理が不要（あるいは容易）であることや、入手に係るコストを低減できるという利点がある。なお、これらの利点を最大限活用するためには、電子受容体として、空気を用いることが特に好ましい。
また、本実施態様において電子受容体の他の例としては、例えば、液体として、溶存酸素を含む溶液や、フェリシアン化カリウム水溶液のような酸化剤の水溶液等が挙げられる。電子受容体として液体を用いた場合、電子受容体として効果の高い化合物（酸化剤）の取り扱いが容易となるため、発電効率をより向上させることができるという利点がある。なお、発電効率を向上させるという観点からすると、電子受容体としては、フェリシアン化カリウム水溶液を用いることが特に好ましい。
【0051】
第２のセル４１ｂとしては、例えば、図１に示すように、第２のセル４１ｂに、気体状の電子受容体（酸素、空気など）を電極４３ｂに対して供給するために、気体を供給するための電子受容体供給口４４ａ及び反応後の気体を排出するための電子受容体排出口４４ｂを設けることが挙げられる。また、第２のセル４１ｂの他の例としては、第２のセル４１ｂに、液体を貯留可能なスペースを設け、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂとして、それぞれ電子受容体の溶液の供給及び反応後の溶液の排出が可能なものを設けること等が挙げられる。これにより、電極４３ａからの電子を、電極４３ｂを介して電子受容体が受け取ることができ、電極４３ａと電極４３ｂ間に電流が流れて発電が行われる。また、反応後の電子受容体は電子受容体排出口４４ｂを介して速やかに発電部４の外部に排出される。
なお、電子受容体供給口４４ａ及び／又は電子受容体排出口４４ｂにバルブ等の流量調整機構を設け、第２のセル４１ｂにおける電子受容体の濃度を調整できるものとしてもよい。さらに、電極４３ａにおける反応により生成した電子量に応じた電子受容体濃度が維持されるように流量調整機構を制御する制御機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電子移動に係る反応効率の低下を抑制し、発電効率の低下を抑制することが可能となる。
なお、電子受容体供給口４４ａ及び／又は電子受容体排出口４４ｂにバルブ等の流量調整機構を設け、第２のセル４１ｂにおける電子受容体の濃度を調整できるものとしてもよい。さらに、電極４３ａにおける反応により生成した電子量に応じた電子受容体濃度が維持されるように流量調整機構を制御する制御機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電子移動に係る反応効率の低下を抑制し、発電効率の低下を抑制することが可能となる。
【0052】
図１において、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂは、それぞれ１つずつ設けたものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂを複数設けるものとしてもよい。特に、電子受容体として酸素を含む気体を用いた場合、後述するように、電極４３ｂにおける反応によって水が生成する。したがって、電子受容体排出口４４ｂを複数設ける場合、例えば、気体を排出するものと液体を排出するものをそれぞれ分けて設けること等が挙げられる。
【0053】
イオン交換体４５は、イオンを透過することのできる公知の構成であればよく、特に限定するものではない。特に、電極４３ａ（アノード側）で発生する水素イオンを透過することのできる陽イオン交換膜とすることが挙げられる。これにより、電極４３ａ（アノード側）から電極４３ｂ（カソード側）へ水素イオンが移動することで、電極４３ｂでの電子受容体の反応効率を高めることができ、発電効率を向上させることができる。また、イオン交換体４５は、酸素透過性が低いものとすることがより好ましい。これにより、電極４３ｂ（カソード側）に供給される電子受容体（酸素）が電極４３ａ側に移動することを抑制し、電極４３ａにおける電子供与体の反応効率が酸素により低下することを抑制することが可能となる。
なお、図１において、イオン交換体４５は、電極４３ａ及び電極４３ｂと別体として設けるものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、イオン交換能を有する材料と電極４３ａ及び／又は電極４３ｂを一体とすること等が挙げられる。これにより、発電部４全体を小型化することが可能となるとともに、メンテナンス作業に係る時間短縮が可能となる。
なお、図１において、イオン交換体４５は、電極４３ａ及び電極４３ｂと別体として設けるものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、イオン交換能を有する材料と電極４３ａ及び／又は電極４３ｂを一体とすること等が挙げられる。これにより、発電部４全体を小型化することが可能となるとともに、メンテナンス作業に係る時間短縮が可能となる。
【0054】
電極４３ａは、濾液Ｆ中の還元性物質から電子を回収する電極であり、いわゆるアノードとして機能するものである。また、本実施態様における電極４３ａは、固液分離部３から導入された濾液Ｆと接触するように第１のセル４１ａ内に配置されている。
【0055】
電極４３ａとしては、アノードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極４３ａの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極４３ａにおける還元性物質の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極４３ａの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属（ステンレス、白金、銅等）が挙げられる。また、電極４３ａの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。
【0056】
本実施態様における電極４３ａは、電極表面に微生物を接触あるいは担持させるものではない。したがって、還元性物質の物質移動が微生物によって阻害されることがなく、電子供与体としての反応効率（電極４３ａに対する還元性物質の物質移動速度）を向上させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、本実施態様における電極４３ａは、微生物の代謝により生成した電子を回収するものではなく、還元性物質から直接電子を回収するものである。したがって、微生物の代謝が律速となることがなく、電子供与体としての反応効率（電極４３ａにおける電子の回収速度）が向上し、発電効率を向上させることができる。
また、本実施態様における電極４３ａは、微生物の代謝により生成した電子を回収するものではなく、還元性物質から直接電子を回収するものである。したがって、微生物の代謝が律速となることがなく、電子供与体としての反応効率（電極４３ａにおける電子の回収速度）が向上し、発電効率を向上させることができる。
【0057】
さらに、本実施態様における電極４３ａは、電極４３ａの構造を微生物の保持に適したものとなるように加工する必要がなく、電極４３ａ作成に係るコストを低減させることができる。また、電極４３ａに対する微生物の保持量や微生物による反応効率を鑑みて、電極４３ａを大型化する必要もないため、処理システムに係る設備の小型化が可能となる。
【0058】
電極４３ｂは、電極４３ａの対極であって、電子受容体へ電子を受け渡す電極であり、いわゆるカソードとして機能するものである。また、本実施態様における電極４３ｂは、第２のセル４１ｂ内に配置されている。
【0059】
電極４３ｂとしては、カソードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極４３ｂの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極４３ｂにおける電子受容体の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極４３ｂの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属（ステンレス、白金、銅等）が挙げられる。また、電極４３ｂの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。
【0060】
第２のセル４１ｂ内に供給される電子受容体が気体（空気）である場合、電極４３ｂは、一方の面は気体と接するが、もう一方の面は濾液Ｆと接する。このため、電極４３ｂは、いわゆるエアカソードとして適した形態とすることが好ましい。エアカソードとして適した形態としては、例えば、気体透過性と不透水性の両方の性質を備えることが挙げられる。電極４３ｂが気体透過性を備えた形態とすることにより、電子受容体である気体を電極４３ｂで効果的に反応させることが可能となる。また、電極４３ｂが不透水性を備えることにより、第１のセル４１ａ内の濾液Ｆが電極４３ｂを透過し、第２のセル４１ｂ内に流入することを抑制することが可能となる。このような電極４３ｂの具体例としては、炭素繊維からなるものや、金属メッシュ表面に対して気体透過性及び不透水性を有する材料の塗布あるいはフィルムの積層等の表面処理を行ったもの等が挙げられる。なお、ここでの不透水性とは、水を通さないことを指し、例えば、電極４３ｂを防水化、撥水化、疎水化、あるいは止水化することについても、不透水性を備えることに含まれるものである。
【0061】
本実施態様における処理システム１Ａは、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体として用い、電気化学反応（電極反応）により発電あるいは脱硫処理を行うものである。一般に、電気化学反応を行う場合、実際に電気化学反応を行う箇所（発電部４）以外へ電子が移動することで、電気化学反応の効率が低下するという問題が生じる。したがって、本実施態様における処理システム１Ａは電気化学反応を行う箇所（発電部４）以外を絶縁処理することが好ましい。絶縁処理の具体例としては、例えば、処理槽２及び固液分離部３を絶縁体の上部に設置することのほか、処理槽２及び固液分離部３の外壁あるいは内壁を絶縁体で構成することや、処理槽２及び固液分離部３の外壁あるいは内壁を絶縁材料でコーティングすることなどが挙げられる。また、各配管Ｌ１～Ｌ５の絶縁処理としては、例えば、それぞれの配管を絶縁体からなるものとすることや、それぞれの配管に絶縁材料をコーティングすること等が挙げられる。
【0062】
上述した本実施態様における処理システム１Ａにおいて、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応により発電あるいは脱硫処理を行うことができる。
以下、処理システム１Ａにおける発電及び脱硫処理について詳細に説明する。
以下、処理システム１Ａにおける発電及び脱硫処理について詳細に説明する。
【0063】
（処理システムにおける発電及び脱硫処理）
図１に基づき、本発明の第１の実施態様の処理システム１Ａにおける発電及び脱硫処理に係る反応及び工程を説明する。本実施態様の処理システムにおける発電に係る反応及び工程は、被処理物Ｓを嫌気処理した後の排出物（処理液Ｗ１）を固液分離した濾液Ｆに含まれる還元性物質を電子供与体として用い、空気（酸素）を電子受容体として用いるものについて説明するものである。特に、硫化水素を電子供与体として用いたものは、本実施態様の処理システムにおける脱硫処理に係る反応及び工程に相当するものである。
なお、図１に基づく反応及び工程に係る説明は、本実施態様における発電及び脱硫処理の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。また、以下の説明は、処理槽２から発電部４に係る反応及び工程について述べたものであり、その他の構成（導入配管Ｌ１及びＬ３、接続配管Ｌ２、排出配管Ｌ４及びＬ５、並びに排出配管Ｌ４及びＬ５の後段に設けられる処理設備など）に係る反応及び工程については説明を省略している。さらに、反応Ｒ１～Ｒ４及び工程Ｓ１～Ｓ４の表記については、説明のために番号を付したものであり、反応及び工程順序を特定するものではない。
図１に基づき、本発明の第１の実施態様の処理システム１Ａにおける発電及び脱硫処理に係る反応及び工程を説明する。本実施態様の処理システムにおける発電に係る反応及び工程は、被処理物Ｓを嫌気処理した後の排出物（処理液Ｗ１）を固液分離した濾液Ｆに含まれる還元性物質を電子供与体として用い、空気（酸素）を電子受容体として用いるものについて説明するものである。特に、硫化水素を電子供与体として用いたものは、本実施態様の処理システムにおける脱硫処理に係る反応及び工程に相当するものである。
なお、図１に基づく反応及び工程に係る説明は、本実施態様における発電及び脱硫処理の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。また、以下の説明は、処理槽２から発電部４に係る反応及び工程について述べたものであり、その他の構成（導入配管Ｌ１及びＬ３、接続配管Ｌ２、排出配管Ｌ４及びＬ５、並びに排出配管Ｌ４及びＬ５の後段に設けられる処理設備など）に係る反応及び工程については説明を省略している。さらに、反応Ｒ１～Ｒ４及び工程Ｓ１～Ｓ４の表記については、説明のために番号を付したものであり、反応及び工程順序を特定するものではない。
【0064】
図１に示すように、処理槽２に導入された被処理物Ｓは、処理槽２内の嫌気性微生物（酸生成菌及びメタン生成菌）により嫌気処理され、処理液Ｗ１が生成する（工程Ｓ１）。このとき、メタンのほかに、還元性物質（水素、硫化水素、アンモニア等）が生成する。
【0065】
処理槽２で処理された排出物（処理液Ｗ１）は、還元性物質を含む固液混合物として、接続配管Ｌ２を介して固液分離部３に導入される（工程Ｓ２）。ここで、処理液Ｗ１は、固形物と濾液Ｆに分離される。
【0066】
そして、還元性物質を含む濾液Ｆは、発電部４における第１のセル４１ａ内に導入される（工程Ｓ３）。ここで、還元性物質（水素、硫化水素、アンモニア等）が電極４３ａに接触することで、還元性物質が電子供与体として機能し、電極４３ａへ電子が供与される。このとき、電子供与体として機能する還元性物質として、硫化水素を例にとると、電極４３ａにおける反応（反応Ｒ１）は、以下の反応式（式１）で示される。
【数1】
【0067】
また、硫化水素の一部は硫化水素イオンとして反応する。このときの反応は、以下の反応式（式２）で示される。
【数2】
【0068】
式１及び式２で示されるように、反応Ｒ１において、濾液Ｆに含まれる硫化水素は電極４３ａに電子を供与するとともに、硫化水素自身は酸化処理されることで無害化、無臭化する。このため、本実施態様の処理システムは、発電とともに、脱硫処理・脱臭処理が可能となる。なお、硫化水素以外の有害物質・臭気物質である還元性物質（アンモニア等）についても、同様に電子供与体として機能し、反応が進行することで、無害化・無臭化が可能になる。
【0069】
式１及び式２に示された反応式に基づき、電極４３ａにおける反応が進行した後、電子は電極４３ａから導線を介して電極４３ｂへ移動する（反応Ｒ２）。なお、このとき、電極４３ａにおける反応で生成した水素イオンは、イオン交換体４５を介して第２のセル４１ｂ側へ移動する（反応Ｒ３）。
【0070】
一方、第２のセル４１ｂには、電子受容体供給口４４ａから電子受容体として空気（酸素）を導入する（工程Ｓ４）。ここで、反応Ｒ２により、電極４３ａから電極４３ｂに移動した電子を、電極４３ｂを介して電子受容体が受け取る。また、このとき、反応Ｒ３により、イオン交換体４５を介して第２のセル４１ｂ側に移動した水素イオンも電子受容体（酸素）と反応する。このときの電極４３ｂにおける反応（反応Ｒ４）は、以下の反応式（式３）で示される。
【数3】
【0071】
上述した反応Ｒ１～Ｒ４及び工程Ｓ１～Ｓ４に基づき、電極４３ａと電極４３ｂの間に電流が流れる。これにより、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応が進行し、本実施態様の処理システム１Ａにおける発電及び脱硫処理が行われる。
また、発電により得られた電気エネルギーは、電極４３ａ及び電極４３ｂに接続した外部回路を通じて回収・利用することができる。なお、電気エネルギーの利用については、特に限定されない。例えば、処理システムの設備駆動に用いるものであってもよく、処理システム外で利用するものであってもよい。
また、発電により得られた電気エネルギーは、電極４３ａ及び電極４３ｂに接続した外部回路を通じて回収・利用することができる。なお、電気エネルギーの利用については、特に限定されない。例えば、処理システムの設備駆動に用いるものであってもよく、処理システム外で利用するものであってもよい。
【0072】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ａを用いることで、被処理物の嫌気処理後の排出物を活用し、嫌気処理において、発電による効率的なエネルギーの回収・利用や脱硫処理を行うことが可能となる。特に、嫌気処理後の排出物を固液分離した濾液中に含まれる還元性物質を用いた電極反応を可能とすることで、微生物による物質移動の阻害や、微生物の代謝速度に基づく律速段階がなく、発電効率や脱硫処理効率の向上が可能となる。また、微生物燃料電池による発電と比べて設備を小型化することができる。さらに、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。
【0073】
従来技術である微生物燃料電池を用いた発電においては、排水処理に必要な微生物の濃度を高めることで、電極への物質移動が微生物によって一層阻害されることになるため、排水処理効率と発電効率がトレードオフの関係となる問題が生じることが知られている。一方、本実施態様の処理システム及び発電方法は、被処理物の処理（嫌気処理）と発電を分けて行うことができる。したがって、本実施態様の処理システム及び発電方法においては、被処理物の処理効率と発電効率がトレードオフの関係とならず、効率的な発電が可能となる。
【0074】
なお、本実施態様における発電部４に係る構成は、本発明に係る発電装置あるいは脱硫処理装置として独立したものとすることができる。この発電装置あるいは脱硫処理装置は、既設の処理システムに適用することができる。これにより、処理システム全体を大規模に更新することなく、本発明の処理システムを提供することができる。また、この処理システムを用いた発電方法や脱硫方法を提供することができる。
【0075】
〔第２の実施態様〕
図２は、本発明の第２の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第２の実施態様に係る処理システム１Ｂは、第１の実施態様における処理システム１Ａ中の発電部４において、処理水Ｗ２の貯蔵部４６を設け、第１のセル４１ａと貯蔵部４６間で処理水Ｗ２を循環させるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
図２は、本発明の第２の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第２の実施態様に係る処理システム１Ｂは、第１の実施態様における処理システム１Ａ中の発電部４において、処理水Ｗ２の貯蔵部４６を設け、第１のセル４１ａと貯蔵部４６間で処理水Ｗ２を循環させるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
【0076】
本実施態様における処理システム１Ｂの発電部４は、図２に示すように、第１の実施態様における発電部４に、処理水Ｗ２を貯蔵する貯蔵部４６と、発電部４のカソード側（第１のセル４１ａ）と貯蔵部４６とを接続する循環流路４７とを備えている。
【0077】
貯蔵部４６は、処理水Ｗ２を貯蔵することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、密閉可能なタンクなどが挙げられる。
循環流路４７を介し、貯蔵部４６内に処理水Ｗ２を貯蔵し、また、処理水Ｗ２を再度第１のセル４１ａに返送することで、処理水Ｗ２を繰り返し電極反応に供することが可能となる。これにより、処理水Ｗ２に含まれる還元性物質についても電極反応で効率的に消費させることができ、特に脱硫処理効率を高めることが可能となる。
循環流路４７を介し、貯蔵部４６内に処理水Ｗ２を貯蔵し、また、処理水Ｗ２を再度第１のセル４１ａに返送することで、処理水Ｗ２を繰り返し電極反応に供することが可能となる。これにより、処理水Ｗ２に含まれる還元性物質についても電極反応で効率的に消費させることができ、特に脱硫処理効率を高めることが可能となる。
【0078】
また、本実施態様における貯蔵部４６は、処理水Ｗ２を繰り返し電極反応に供すること以外の機能を備えるものとしてもよい。
図３は、本実施態様の処理システム１Ｂの別態様を示す概略説明図である。
図３に示すように、処理システム１Ｂの別態様として、図２で示した貯蔵部４６に対し、処理槽２で生じたガスＧ（バイオガス）を導入するため、処理槽２と貯蔵部４６を接続する接続配管Ｌ６と、貯蔵部４６からガスＧを排出する排出配管Ｌ７を設けることが挙げられる。
接続配管Ｌ６を設け、処理槽２で発生したバイオガスを処理水Ｗ２に接触させることで、バイオガス中に含まれる硫化水素を低減させる脱硫処理を行うことが可能となる。また、排出配管Ｌ７を設けることで、脱硫処理後のバイオガスを排出あるいは回収することが可能となる。これにより、貯蔵部４６は、処理槽２で発生したガスＧ（バイオガス）の脱硫処理及び回収に係る機能を備えるものとなる。
なお、排出配管Ｌ７の後段には、ガスの貯留設備等、バイオガスの利用に係る設備を設けることが好ましい（不図示）。これにより、脱硫処理を行い、回収したバイオガスについて、エネルギー源としての利用が容易となる。
図３は、本実施態様の処理システム１Ｂの別態様を示す概略説明図である。
図３に示すように、処理システム１Ｂの別態様として、図２で示した貯蔵部４６に対し、処理槽２で生じたガスＧ（バイオガス）を導入するため、処理槽２と貯蔵部４６を接続する接続配管Ｌ６と、貯蔵部４６からガスＧを排出する排出配管Ｌ７を設けることが挙げられる。
接続配管Ｌ６を設け、処理槽２で発生したバイオガスを処理水Ｗ２に接触させることで、バイオガス中に含まれる硫化水素を低減させる脱硫処理を行うことが可能となる。また、排出配管Ｌ７を設けることで、脱硫処理後のバイオガスを排出あるいは回収することが可能となる。これにより、貯蔵部４６は、処理槽２で発生したガスＧ（バイオガス）の脱硫処理及び回収に係る機能を備えるものとなる。
なお、排出配管Ｌ７の後段には、ガスの貯留設備等、バイオガスの利用に係る設備を設けることが好ましい（不図示）。これにより、脱硫処理を行い、回収したバイオガスについて、エネルギー源としての利用が容易となる。
【0079】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ｂを用いることで、発電部における電極反応後のカソード側の処理水を繰り返し発電部に導入することができ、還元性物質を電子供与体とする反応効率を高め、特に効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。
また、本実施態様の処理システム１Ｂは、処理槽２で発生したバイオガスの脱硫処理及び回収を効果的に行うことも可能となる。
また、本実施態様の処理システム１Ｂは、処理槽２で発生したバイオガスの脱硫処理及び回収を効果的に行うことも可能となる。
【0080】
また、本実施態様の処理システム１Ｂにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0081】
〔第３の実施態様〕
図４は、本発明の第３の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第３の実施態様に係る処理システム１Ｃは、第１の実施態様における処理システム１Ａの構造に対し、発電部４の電極表面と、濾液Ｆ中の還元性物質を含む電極反応成分との接触効率を向上させる接触効率向上手段５を更に備えるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
図４は、本発明の第３の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第３の実施態様に係る処理システム１Ｃは、第１の実施態様における処理システム１Ａの構造に対し、発電部４の電極表面と、濾液Ｆ中の還元性物質を含む電極反応成分との接触効率を向上させる接触効率向上手段５を更に備えるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
【0082】
上述したように、本実施態様における電極４３ａは、濾液Ｆ中の還元性物質から直接電子を回収するものである。したがって、電極４３ａに対し、電極反応成分である還元性物質の接触効率を向上させることにより、電極反応効率の低下を抑制し、発電効率を向上させることができる。同様に、電極４３ｂに対しても、電極反応成分である電子受容体の接触効率を向上させることにより、電極反応効率の低下を抑制し、発電効果を向上させることが可能となる。
【0083】
（接触効率向上手段）
接触効率向上手段５は、発電部４における電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対し、電極反応成分の接触効率を向上させるためのものである。
接触効率向上手段５は、発電部４における電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対し、電極反応成分の接触効率を向上させるためのものである。
【0084】
接触効率向上手段５としては、電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対し、電極反応成分の接触効率を向上させることができるものであればよく、特に限定されない。本実施態様における接触効率向上手段５としては、例えば、電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対する電極反応成分の移動速度を速めるものや、電極反応成分の濃度を高めるものなどが挙げられる。
また、接触効率向上手段５は、被処理物Ｓを処理する処理工程を利用することが好ましい。これにより、被処理物Ｓの処理手段と接触効率向上手段５を兼用させ、電極と電極反応成分の接触効率向上に係る付帯設備を削減し、ランニングコストを大幅に低減することができる。
また、接触効率向上手段５は、被処理物Ｓを処理する処理工程を利用することが好ましい。これにより、被処理物Ｓの処理手段と接触効率向上手段５を兼用させ、電極と電極反応成分の接触効率向上に係る付帯設備を削減し、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【0085】
以下、接触効率向上手段５の具体例について説明する。なお、以下に示す接触効率向上手段５に係る説明は、本実施態様における接触効率向上手段５の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。
【0086】
本実施態様における接触効率向上手段５の例としては、電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対し、電極反応成分の移動速度を制御する移動速度制御手段６を設けることが挙げられる。
【0087】
移動速度制御手段６としては、電極４３ａ及び／又は電極４３ｂの表面に対し、電極反応成分の移動速度を制御し、少なくとも電極反応成分の移動速度を速めることができるものが挙げられる。具体的には、発電部４に対して濾液Ｆを供給する際の流速を制御することや、発電部４のセル（第１のセル４１ａ、第２のセル４１ｂ）内で乱流を生じさせることのほか、電極反応に関する温度を制御すること等が挙げられる。
【0088】
ここで、移動速度制御手段６として濾液Ｆ全体の流速を制御するものを用いる場合、濾液Ｆの全体量を鑑みると、この流速制御には多大な動力を必要とすることが想定される。したがって、移動速度制御手段６としては、発電部４のセル内において乱流を形成し、電極反応成分の移動速度を速めることができるものが好ましい。さらに、発電部４内の電極表面近傍において乱流を形成するものがより好ましい。これにより、電極反応成分の移動速度の制御に係る動力を抑制することができ、省エネルギー化及び省コスト化が可能となる。
【0089】
移動速度制御手段６の具体例としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して流体（気体又は液体）を供給し、乱流を形成することが挙げられる。
図５は、本実施態様の移動速度制御手段６として、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して流体を供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図５は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図５は、本実施態様の移動速度制御手段６として、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して流体を供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図５は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0090】
図５に示すように、移動速度制御手段６として、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに、それぞれ流体供給口６１ａ、６１ｂと流体供給手段６２を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面近傍に流体が供給されるように配置することが挙げられる。なお、図５における破線の矢印は、流体の移動方向を示している。
【0091】
流体供給手段６２としては、流体を供給することができるものであればよく、特に限定されない。なお、流体供給手段６２としては、流体を圧縮可能な設備を設け、圧縮流体を供給するものとしてもよい。圧縮流体を用いることで、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面近傍における乱流形成に係る流速制御を容易に行うことが可能となる。
【0092】
流体供給手段６２から供給する流体として気体を用いる場合、例えば、被処理物Ｓを処理する処理工程から発生する気体を供給することや、被処理物Ｓを処理する処理工程で使用する気体を一部流用して供給するものなどが挙げられる。より具体的には、処理槽２で発生するバイオガスを回収して流体供給口６１ａ、６１ｂから供給することや、処理水Ｗ２の処理設備として曝気槽を設けた際の曝気用気体の一部を流体供給口６１ａ、６１ｂから供給すること等が挙げられる。これにより、被処理物Ｓの処理手段と移動速度制御手段６の気体供給源を兼用することができ、処理コストの低減が可能となる。
【0093】
また、流体供給手段６２から供給する流体として液体を用いる場合、例えば、被処理物Ｓを処理する処理工程で使用する液体を一部流用して供給するものなどが挙げられる。より具体的には、排出配管Ｌ５内の処理水Ｗ２の一部を流体供給口６１ａ、６１ｂから供給すること等が挙げられる。これにより、被処理物Ｓの処理手段と移動速度制御手段６の液体供給源を兼用することができ、処理コストの低減が可能となる。
【0094】
移動速度制御手段６の別の態様として、図５に示した流体供給口６１ａ、６１ｂを別体として設けることなく、処理水導入口４２ａ、処理水排出口４２ｂ、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂを、流体供給口６１ａ、６１ｂとして兼用させることが挙げられる。これにより、発電部４に接触効率向上手段５（移動速度制御手段６）としての新たな構造を設ける必要がなく、設備コストの低減が可能となる。
【0095】
また、移動速度制御手段６において、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に供給された流体は、そのまま処理水や電子受容体等とともに排出口４２ｂ及び電子受容体排出口４４ｂから排出するものとしてもよいが、供給した流体を回収する回収手段６３を設けるものとしてもよい。特に、移動速度制御手段６の流体として処理槽２から発生したバイオガスを用いた場合、流体の回収手段６３を設けることが好ましい。これにより、発電部４で使用したバイオガスを、再度エネルギー源として回収・利用することができ、処理システム１Ｃとしてエネルギー回収・利用効率を高めることが可能となる。
【0096】
回収手段６３としては、移動速度制御手段６における流体を、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂから排出・回収することができるものであればよく、特に限定されない。
【0097】
図６及び図７は、本実施態様における処理システム１Ｃの別態様を示す概略説明図である。図６及び図７における処理システム１Ｃは、図５で示した移動速度制御手段６において回収手段６３を設けるものに係る概略説明図である。
【0098】
図６に示すように、流体の回収手段６３として第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに流体排出口６４ａ及び６４ｂを設け、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に供給したバイオガスを、流体排出口６４ａ及び６４ｂから回収することが挙げられる。
また、流体の回収手段６３の他の例としては、処理水排出口４２ｂ及び電子受容体排出口４４ｂから排出された流体を分離・回収する気液分離部６５を備えることが挙げられる。例えば、図７に示すように、処理水排出口４２ｂに接続されている排出配管Ｌ３上に気液分離部６５を設け、第１のセル４１ａ内に供給したバイオガスを回収することが挙げられる。このとき、図７で示すように、導入口４２ａ及び排出口４２ｂを第１のセル４１ａの側面に設け、導入口４２ａよりも垂直方向に高い位置に排出口４２ｂを設けるものとすることが好ましい。これにより、流体（バイオガス）が混合した状態の処理水Ｗ２を効率よく回収することが可能となる。
さらに、回収手段６３（流体排出口６４ａ及び６４ｂ、あるいは気液分離部６５）の後段には、ガスの貯留設備等、バイオガスの利用に係る設備を設けることが好ましい（不図示）。これにより、回収手段６３で回収したバイオガスについて、エネルギー源としての利用が容易となる。
また、流体の回収手段６３の他の例としては、処理水排出口４２ｂ及び電子受容体排出口４４ｂから排出された流体を分離・回収する気液分離部６５を備えることが挙げられる。例えば、図７に示すように、処理水排出口４２ｂに接続されている排出配管Ｌ３上に気液分離部６５を設け、第１のセル４１ａ内に供給したバイオガスを回収することが挙げられる。このとき、図７で示すように、導入口４２ａ及び排出口４２ｂを第１のセル４１ａの側面に設け、導入口４２ａよりも垂直方向に高い位置に排出口４２ｂを設けるものとすることが好ましい。これにより、流体（バイオガス）が混合した状態の処理水Ｗ２を効率よく回収することが可能となる。
さらに、回収手段６３（流体排出口６４ａ及び６４ｂ、あるいは気液分離部６５）の後段には、ガスの貯留設備等、バイオガスの利用に係る設備を設けることが好ましい（不図示）。これにより、回収手段６３で回収したバイオガスについて、エネルギー源としての利用が容易となる。
【0099】
ここで、第１のセル４１ａ内の濾液Ｆ、あるいは第２のセル４１ｂ内の溶液に対し、バイオガスを供給し、回収手段６３を介して回収する場合、バイオガス中に含まれる水溶性の成分（特に硫化水素）が濾液Ｆ等に溶解し、除去することが可能となる。これにより、処理システム１Ｃに対して、排水処理、発電及び脱硫処理以外に、バイオガス精製の機能も付与させることが可能となる。
【0100】
移動速度制御手段６の別の態様としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に撹拌機構を設け、乱流を形成することが挙げられる。これにより、外部からの流体供給に係る構造を設けることがなく、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。また、撹拌機構の駆動制御により、電極反応成分の移動速度を容易に制御することが可能となる。
【0101】
更に、移動速度制御手段６の別の態様としては、温度制御手段６６を設けることが挙げられる。
図８～図１０は、本実施態様の移動速度制御手段６として、温度制御手段６６を設けた際の概略説明図である。なお、図８～図１０は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図８～図１０は、本実施態様の移動速度制御手段６として、温度制御手段６６を設けた際の概略説明図である。なお、図８～図１０は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0102】
上述したように、発電部４においては濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする電極反応が進行している。また、一般的に、電極反応では、温度が高くなることで物質移動速度の向上や反応効率の向上が生じることが知られている。
したがって、移動速度制御手段６として、処理システム１Ｃ内において電極反応に関する温度を制御する温度制御手段６６を設けることで、電極反応の効率を向上させ、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
したがって、移動速度制御手段６として、処理システム１Ｃ内において電極反応に関する温度を制御する温度制御手段６６を設けることで、電極反応の効率を向上させ、発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
【0103】
温度制御手段６６は、発電部４に係る温度の調整を行うことができるものであればよく、特に限定されない。例えば、発電部４自体の温度調整を行うことや、発電部４に導入する溶液（濾液Ｆ等）の温度調整を行うことなどが挙げられる。
また、温度制御手段６６としては、熱源に係る設備を新設したり、処理システム１Ｃ外から熱源を持ち込んだりしてもよいが、処理システム１Ｃ内にある熱源を利用することがより好ましい。これにより、処理システム１Ｃに係る設備のイニシャルコストやランニングコストを低減させることが可能となる。
また、温度制御手段６６としては、熱源に係る設備を新設したり、処理システム１Ｃ外から熱源を持ち込んだりしてもよいが、処理システム１Ｃ内にある熱源を利用することがより好ましい。これにより、処理システム１Ｃに係る設備のイニシャルコストやランニングコストを低減させることが可能となる。
【0104】
本実施態様における温度制御手段６６としては、処理槽２における嫌気処理を進行させるために設けられている既設の熱交換設備６７を利用することが挙げられる。例えば、図８に示すように、既設の熱交換設備６７の近傍に発電部４を設け、発電部４のセル（第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ）、電極（電極４３ａ及び電極４３ｂ）、導入配管Ｌ３、導入口４２ａ及び電子受容体供給口４４ａに対し、既設の熱交換設備６７からの熱が供給されるように配置することで、発電部４自体並びに発電部４に導入する濾液Ｆ及び電子受容体を加温することが挙げられる。これにより、温度制御に係る設備を新設することなく、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応を行う箇所及び反応に用いる物質について、温度を制御することが可能となり、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。
【0105】
温度制御手段６６の他の例としては、図９に示すように、既設の熱交換設備６７と発電部４とを接続する配管６８ａ、６８ｂを設け、配管６８ａ、６８ｂ内を空気や水等の熱媒体が移動することで、既設の熱交換設備６７からの熱を発電部４に供給することが挙げられる。これにより、発電部４の温度制御を行い、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応を行う箇所について温度を制御し、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。なお、配管６８ａ、６８ｂと発電部４の接続手段については特に限定されない。例えば、配管６８ａ、６８ｂが発電部４全体を囲むように配置されることや、配管６８ａ、６８ｂが発電部４の構成部材（電極４３ａ及び電極４３ｂ、あるいは第１のセル４１ａ、第２のセル４１ｂ）のいずれか一つに対して接するように配置されることなどが挙げられる。
また、温度制御手段６６の他の例としては、図１０に示すように、既設の熱交換設備６７と導入配管Ｌ３を接続する配管６９ａ、６９ｂを設け、配管６９ａ、６９ｂ内を空気や水等の熱媒体が移動することで、既設の熱交換設備６７からの熱を導入配管Ｌ３内の濾液Ｆに供給することが挙げられる。これにより、発電部４に導入する濾液Ｆの温度制御を行い、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質（還元性物質）について温度を制御し、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。
さらに、配管６９ａ、６９ｂが接続する箇所として、導入配管Ｌ３に代えて、電子受容体供給口４４ａとすることが挙げられる。これにより、既設の熱交換設備６７からの熱を電子受容体に供給し、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質（電子受容体）について温度を制御し、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。
なお、図９及び図１０に示す温度制御手段６６は、それぞれ単独で設けるものとしてもよく、複数を組み合わせるものとしてもよい。温度制御手段６６による温度制御効率や設備に係るコストを鑑み、適宜選択することが可能である。
また、温度制御手段６６の他の例としては、図１０に示すように、既設の熱交換設備６７と導入配管Ｌ３を接続する配管６９ａ、６９ｂを設け、配管６９ａ、６９ｂ内を空気や水等の熱媒体が移動することで、既設の熱交換設備６７からの熱を導入配管Ｌ３内の濾液Ｆに供給することが挙げられる。これにより、発電部４に導入する濾液Ｆの温度制御を行い、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質（還元性物質）について温度を制御し、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。
さらに、配管６９ａ、６９ｂが接続する箇所として、導入配管Ｌ３に代えて、電子受容体供給口４４ａとすることが挙げられる。これにより、既設の熱交換設備６７からの熱を電子受容体に供給し、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応に用いる物質（電子受容体）について温度を制御し、電極表面に対する電極反応成分の移動速度を制御することが可能となる。
なお、図９及び図１０に示す温度制御手段６６は、それぞれ単独で設けるものとしてもよく、複数を組み合わせるものとしてもよい。温度制御手段６６による温度制御効率や設備に係るコストを鑑み、適宜選択することが可能である。
【0106】
さらに、温度制御手段６６の他の例としては、既設の熱交換設備６７に代えて、処理槽２から発生するバイオガス（メタン発酵により発生するメタン等）を用いたガス発電における排熱を用いることが挙げられる。より具体的には、この排熱を用いて加温された空気や水等の熱媒体を、配管を通して発電部４や導入配管Ｌ３等に接触させ、熱を供給することで、濾液Ｆ中の還元性物質を電子供与体とする反応に関する温度を制御することが可能となる。これにより、発電効率や脱硫処理効率を高めるとともに、メタンガス発電に係る排熱の有効利用が可能となる。
【0107】
本実施態様における接触効率向上手段５の他の例としては、電極反応成分の濃度を制御する濃度制御手段７を設けることが挙げられる。
【0108】
濃度制御手段７としては、発電部４における電極反応成分の濃度を制御し、少なくとも電極反応成分の濃度を高めることができるものが挙げられる。具体的には、発電部４に対して電極反応成分を追加供給することや、発電部４内の電極反応成分を電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に集約することのほか、濾液Ｆ中に電極反応成分を溶存させる環境条件を維持すること等が挙げられる。
【0109】
濃度制御手段７の具体例としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に、電極反応成分を追加供給することが挙げられる。
図１１は、本実施態様の濃度制御手段７として、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に電極反応成分を追加供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１１は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１１は、本実施態様の濃度制御手段７として、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に電極反応成分を追加供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１１は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0110】
図１１に示すように、濃度制御手段７として、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ電極反応成分添加口７１ａ、７１ｂと電極反応成分添加手段７２を設けることが挙げられる。
【0111】
電極反応成分添加手段７２は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに対して電極反応成分を追加供給することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、電極反応成分添加手段７２としては、電極反応成分を貯留する貯留部や、電極反応成分の添加量を決定・調整するための制御部等を備えること等が挙げられる。
【0112】
電極反応成分添加手段７２により添加される電極反応成分の種類は、電極４３ａ及び電極４３ｂそれぞれにおいて、電極反応が進行するものであればよく、特に限定されない。例えば、第１のセル４１ａには、電極反応成分添加手段７２を介し、電極反応成分として還元性物質を添加することが挙げられる。一方、第２のセル４１ｂは、電極反応成分添加手段７２を介し、電極反応成分として電子受容体を添加することが挙げられる。
【0113】
なお、上述した移動速度制御手段６における流体として電極反応成分を用いることで、電極反応成分添加手段７２の機能を兼ねるものとしてもよい。これにより、発電部４の電極表面と電極反応成分との接触効率をより一層向上させることが可能となる。特に、処理槽２からのバイオガスを発電部４の第１のセル４１ａに供給し、移動速度制御手段６における流体及び電極反応成分添加手段７２における電極反応成分として活用することが好ましい。このとき、バイオガス中の水溶性成分（特に硫化水素）が濾液Ｆ内に溶解し、濾液Ｆ中の還元性物質濃度が高まる一方で、バイオガスからは硫化水素を除去することが可能となる。これにより、発電効率及び脱硫処理効率が向上するという効果に加え、バイオガス精製の機能も備えることができるという効果も奏する。
【0114】
また、濃度制御手段７の他の具体例としては、発電部４内の電極反応成分を電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に集約することが挙げられる。
図１２は、本実施態様の濃度制御手段７として、電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に電極反応成分を集約するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１２は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１２は、本実施態様の濃度制御手段７として、電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に電極反応成分を集約するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１２は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0115】
図１２に示すように、濃度制御手段７として、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに吸着材７３を備えるものが挙げられる。
【0116】
吸着材７３は、電極反応成分を吸着することができるものであればよく、材質や形状については特に限定されない。例えば、第１のセル４１ａには、電極反応成分として還元性物質を吸着することができる吸着材７３を設けることが挙げられる。一方、第２のセル４１ｂには、電極反応成分として電子受容体を吸着することができる吸着材７３を設けることが挙げられる。また、吸着材７３は、電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に設けるものであってもよく、電極４３ａ及び電極４３ｂとして多孔質からなるものを用い、電極４３ａ及び電極４３ｂ自体が吸着材７３としての機能を有するものとしてもよい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの近傍に電極反応成分を集約し、電極反応成分の濃度を制御することが可能となる。
【0117】
さらに、濃度制御手段７の他の具体例としては、濾液Ｆ中に電極反応成分を溶存させる環境条件を維持することが挙げられる。
図１３は、本実施態様の濃度制御手段７として、濾液Ｆ中に電極反応成分を溶存させる環境条件を維持するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１３は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１３は、本実施態様の濃度制御手段７として、濾液Ｆ中に電極反応成分を溶存させる環境条件を維持するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１３は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0118】
上述したように、処理槽２においては、嫌気処理（メタン発酵処理など）の進行に伴い、還元性物質である硫化水素が発生する。
一方、硫化水素はｐＨに応じて溶液中への溶解度が変化し、ｐＨ６以上のアルカリ寄りとすることで溶解度が高まり、溶液外への硫化水素の放出が抑制されることが知られている。
したがって、処理液Ｗ１や濾液ＦのｐＨを調整するｐＨ制御手段７４を設けることで、還元性物質（特に硫化水素）の溶解度を変化させ、濾液Ｆ中の還元性物質を濾液Ｆ中に溶存させる環境条件を維持することが可能となる。これにより、濾液Ｆ中における還元性物質の量を増加させ、反応に供する電子供与体の量を増加させることで、発電部４における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
一方、硫化水素はｐＨに応じて溶液中への溶解度が変化し、ｐＨ６以上のアルカリ寄りとすることで溶解度が高まり、溶液外への硫化水素の放出が抑制されることが知られている。
したがって、処理液Ｗ１や濾液ＦのｐＨを調整するｐＨ制御手段７４を設けることで、還元性物質（特に硫化水素）の溶解度を変化させ、濾液Ｆ中の還元性物質を濾液Ｆ中に溶存させる環境条件を維持することが可能となる。これにより、濾液Ｆ中における還元性物質の量を増加させ、反応に供する電子供与体の量を増加させることで、発電部４における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
【0119】
ｐＨ制御手段７４は、処理液Ｗ１あるいは濾液ＦのｐＨを調整し、濾液Ｆ中の還元性物質を濾液Ｆ中に溶存させることができるものであればよく、特に限定されない。
ｐＨ制御手段７４としては、図１２に示すように、ｐＨ調整剤を貯留する貯留部７５と、ｐＨ調整剤を濾液Ｆ中に添加する添加部７６と、ｐＨ検出部７７とを備えるものが挙げられる。
ｐＨ制御手段７４としては、図１２に示すように、ｐＨ調整剤を貯留する貯留部７５と、ｐＨ調整剤を濾液Ｆ中に添加する添加部７６と、ｐＨ検出部７７とを備えるものが挙げられる。
【0120】
貯留部７５は、ｐＨ調整剤を貯留することができるものであればよく、特に限定されない。また、貯留部７５内に貯留するｐＨ調整剤についても特に限定されず、還元性物質の溶解度のｐＨ依存性に応じ、ｐＨ調整剤の種類を選択することが好ましい。例えば、還元性物質が硫化水素である場合、硫化水素の溶解度を高めるために、濾液ＦのｐＨをアルカリ寄りにするようなｐＨ調整剤を用いることが挙げられる。より具体的には、ｐＨ調整剤として、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムのような水酸化物を用いることが挙げられる。また、ｐＨ調整剤としては、塩酸や硫酸などの酸を用いるものとしてもよい。
【0121】
添加部７６は、貯留部７５内のｐＨ調整剤を濾液Ｆ中に添加するためのものである。また、本実施態様における添加部７６は、図１３に示すように、導入配管Ｌ３上に設けられている。このとき、添加部７６としては、導入配管Ｌ３内の濾液Ｆ中にｐＨ調整剤を添加することができる構造を有するものであればよく、特に限定されない。例えば、導入配管Ｌ３と貯留部７５とを接続し、流量調整機能を備える配管からなるものなどが挙げられる。
【0122】
添加部７６の配置位置は特に限定されないが、濾液ＦのｐＨを調整し、還元性物質の溶解度を適切に制御することができる箇所を選択することが好ましい。例えば、図１３に示すように、導入配管Ｌ３上に添加部７６を設けること以外に、処理槽２と固液分離部３の接続配管Ｌ２上に設けることが挙げられる。これにより、処理槽２内における嫌気処理により発生した硫化水素を処理液Ｗ１中に溶存させた状態で、固液分離部３に導入することができる。その結果、濾液Ｆ中の還元性物質を濾液Ｆ中に溶存させる環境条件を維持した状態で、濾液Ｆを発電部４に導入することが可能となる。
【0123】
また、ｐＨ制御手段７４の他の例としては、処理システム内の他の設備を活用することが挙げられる。
図１４は、本実施態様の濃度制御手段７におけるｐＨ制御手段の別態様を示す概略説明図である。なお、図１４は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１４に示すように、ｐＨ制御手段７４として、発電部４に処理水Ｗ２を循環供給する貯蔵部４６及び貯蔵部４６に処理槽２で発生したガスＧ（バイオガス）を供給する接続配管Ｌ６を設け（図３参照）、ガスＧが導入された処理水Ｗ２をｐＨ調整剤として用いることが挙げられる。このとき、貯蔵部４６は、上述した貯留部７５としても機能することになる。これにより、ｐＨ制御手段７４として新たな構造を設ける必要がなく、かつ、発電効率や脱硫効率を向上させるとともに、処理槽２で発生したバイオガス精製を行うことも可能となる。
図１４は、本実施態様の濃度制御手段７におけるｐＨ制御手段の別態様を示す概略説明図である。なお、図１４は、処理システム１Ｃにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１４に示すように、ｐＨ制御手段７４として、発電部４に処理水Ｗ２を循環供給する貯蔵部４６及び貯蔵部４６に処理槽２で発生したガスＧ（バイオガス）を供給する接続配管Ｌ６を設け（図３参照）、ガスＧが導入された処理水Ｗ２をｐＨ調整剤として用いることが挙げられる。このとき、貯蔵部４６は、上述した貯留部７５としても機能することになる。これにより、ｐＨ制御手段７４として新たな構造を設ける必要がなく、かつ、発電効率や脱硫効率を向上させるとともに、処理槽２で発生したバイオガス精製を行うことも可能となる。
【0124】
図１３に示すように、導入配管Ｌ３上にｐＨ検出部７７を設け、ｐＨ検出部７７の検出結果に応じ、添加部７６から添加するｐＨ調整剤の量を制御することが好ましい。また、ｐＨ検出部７７は、図１４に示した貯留部７５（貯蔵部４６）や循環流路４７上に設け（不図示）、処理水Ｗ２の循環量を調整するものとしてもよい。これにより、濾液ＦのｐＨ調整が容易になるとともに、適切なタイミングで行うことが可能となる。この結果、発電部４に導入する濾液Ｆ中における還元性物質の量を増加させ、反応に供する電子供与体の量を増加させることで、発電部４における発電効率や脱硫処理効率を高めることが可能となる。
なお、ｐＨ検出部７７の検出結果に応じた添加部７６の制御手段や処理水Ｗ２の循環量調整手段は特に限定されない。例えば、ｐＨ検出部７７の検出結果を作業員が目視で確認し、その結果に応じて添加部７６や処理水Ｗ２の循環流路４７を手動で作動させることや、ｐＨ検出部７７と添加部７６（あるいは循環流路４７）を制御可能に接続し、濾液ＦのｐＨ検出とｐＨ調整剤の添加（あるいは処理水Ｗ２の循環量）を自動制御することなどが挙げられる。
なお、ｐＨ検出部７７の検出結果に応じた添加部７６の制御手段や処理水Ｗ２の循環量調整手段は特に限定されない。例えば、ｐＨ検出部７７の検出結果を作業員が目視で確認し、その結果に応じて添加部７６や処理水Ｗ２の循環流路４７を手動で作動させることや、ｐＨ検出部７７と添加部７６（あるいは循環流路４７）を制御可能に接続し、濾液ＦのｐＨ検出とｐＨ調整剤の添加（あるいは処理水Ｗ２の循環量）を自動制御することなどが挙げられる。
【0125】
本実施態様における接触効率向上手段５は、作動に係る条件を適宜設定することが可能である。例えば、発電部４の駆動時（発電時）において、常に作動させるものであってもよく、作動の間隔やタイミング等を定期あるいは不定期に変更するものであってもよい。これにより、処理システム１Ｃによる発電や脱硫処理を効率的に実施することができる作動条件を設定し、効率的なエネルギーの回収・利用及び脱硫処理効率の向上が可能となる。
【0126】
本実施態様における処理システム１Ｃは、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積物が堆積することを抑制するために、移動速度制御手段６や濃度制御手段７の作動条件を設定するものとしてもよい。また、電極表面の堆積物を除去するために、移動速度制御手段６や濃度制御手段７自体が、後述する洗浄手段８の機能を兼ねるものとしてもよい。これにより、接触効率向上手段５を、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させるための複数の機能を備えるものとし、装置構成を簡略化することができる。
【0127】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ｃにおいて、発電部の電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させる接触効率向上手段を備えることにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0128】
また、本実施態様の処理システム１Ｃにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0129】
特に、本実施態様の処理システム１Ｃにおける接触効率向上手段として、電極表面に対し、前記電極反応成分の移動速度を制御する移動速度制御手段を備えることにより、電極表面に対して速やかに電極反応成分を供給することが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることができ、電極反応の効率低下を抑制し、発電効率の向上が可能となる。
【0130】
また、本実施態様の処理システム１Ｃにおける接触効率向上手段として、電極反応成分の濃度を制御する濃度制御手段を備えることにより、電極反応に関与する電極反応成分量を増大させることが可能となる。これにより、電極表面と電極反応成分との接触効率を向上させることができ、電極反応の効率低下を抑制し、発電効率の向上が可能となる。
【0131】
さらに、本実施態様の処理システム１Ｃにおける接触効率向上手段として、上述した移動速度制限手段及び濃度制御手段を兼ねるものを用いることで、より一層電極反応の効率低下を抑制することが可能となる。特に、処理槽で発生したバイオガスを活用し、移動速度制御手段における乱流形成のための流体、及び、濃度制御手段における追加供給のための電極反応成分として用いることで、発電部の電極表面と電極反応成分との接触効率をより一層向上させるとともに、バイオガス中の水溶性成分（特に硫化水素）を除去することが可能となる。したがって、本実施態様における処理システム１Ｃは、排水処理、発電及び脱硫処理以外に、バイオガス精製の機能を備えることができるという効果も奏する。
【0132】
〔第４の実施態様〕
第４の実施態様に係る処理システム１Ｄは、第１の実施態様における処理システム１Ａに対し、接触効率向上手段５として、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物を洗浄する洗浄手段８を設けるものである。なお、第１及び第３の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
第４の実施態様に係る処理システム１Ｄは、第１の実施態様における処理システム１Ａに対し、接触効率向上手段５として、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物を洗浄する洗浄手段８を設けるものである。なお、第１及び第３の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
【0133】
電極４３ａの表面には、式１及び式２に示すように、電極反応により生成した生成物（硫黄など）や、発電部４に一部流入した微生物などが電極４３ａの表面に付着し、堆積物として堆積する。このとき、電極４３ａに対する還元性物質の物質移動速度が堆積物により阻害され、電極反応効率を低下させるという問題が生じる。また、電極４３ｂにおいても同様に、電子受容体として導入した物質及び混入した不純物が電極４３ｂに付着し、堆積物として堆積することで、電極反応の効率が低下するという問題が生じる。したがって、接触効率向上手段５として洗浄手段８を設けることで、電極表面の堆積物を除去し、電極と電極反応成分との接触効率を向上させることができる。また、発電部４における電極反応効率の低下を抑制し、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。
【0134】
洗浄手段８は、発電部４における電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を洗浄し、電極反応効率の低下を抑制するためのものである。
洗浄手段８としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物を除去することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における洗浄手段８としては、電極４３ａ及び電極４３ｂを発電部４内に留めたまま洗浄を行うものや、発電部４から電極４３ａ及び電極４３ｂを取り出して洗浄を行うものが挙げられるが、洗浄効果や作業の容易さ等を鑑みて適宜選択することが可能である。
洗浄手段８としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物を除去することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における洗浄手段８としては、電極４３ａ及び電極４３ｂを発電部４内に留めたまま洗浄を行うものや、発電部４から電極４３ａ及び電極４３ｂを取り出して洗浄を行うものが挙げられるが、洗浄効果や作業の容易さ等を鑑みて適宜選択することが可能である。
【0135】
以下、洗浄手段の具体例について説明する。なお、以下に示す洗浄手段８に係る説明は、本実施態様における洗浄手段８の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。
【0136】
本実施態様の洗浄手段８としては、電極表面に堆積した堆積物に外力を与えて剥離する剥離手段８Ａを備えるものが挙げられる。
剥離手段８Ａとしては、堆積物に外力を与えて剥離させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を機械的に擦る手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対し、気体や液体による剪断力を与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として剥離手段８Ａを用いることで、堆積物を強制的に電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から引き剥がすことができ、堆積物の種類によらず高い洗浄効果を得ることができる。また、剥離手段８Ａを用いることで、洗浄手段８によって第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境条件（ｐＨ、各種化合物の濃度等）を変えることなく洗浄を行うことができる。
剥離手段８Ａとしては、堆積物に外力を与えて剥離させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を機械的に擦る手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対し、気体や液体による剪断力を与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として剥離手段８Ａを用いることで、堆積物を強制的に電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から引き剥がすことができ、堆積物の種類によらず高い洗浄効果を得ることができる。また、剥離手段８Ａを用いることで、洗浄手段８によって第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境条件（ｐＨ、各種化合物の濃度等）を変えることなく洗浄を行うことができる。
【0137】
剥離手段８Ａの具体例としては、スポンジやスクレーパーなど、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を擦る部材を設けることが挙げられる。
電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を擦る部材を用いる例としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を自動的に擦ることができるように駆動部や制御部を設け、洗浄の頻度やタイミングを設定するものとすることが挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物の洗浄作業が容易となる。また、定期的に部材を動かすことで、堆積物が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積すること自体を抑制することが可能となる。
また、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を擦る部材を用いる別の例としては、作業者が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を直接洗浄するものとすることが挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面の洗浄とともに、作業者の目視によるメンテナンスを行うことが可能となる。
電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を擦る部材を用いる例としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を自動的に擦ることができるように駆動部や制御部を設け、洗浄の頻度やタイミングを設定するものとすることが挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物の洗浄作業が容易となる。また、定期的に部材を動かすことで、堆積物が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積すること自体を抑制することが可能となる。
また、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を擦る部材を用いる別の例としては、作業者が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面を直接洗浄するものとすることが挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面の洗浄とともに、作業者の目視によるメンテナンスを行うことが可能となる。
【0138】
剥離手段８Ａの他の具体例としては、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して気泡や圧縮流体（気体又は液体）を当てることが挙げられる。
図１５は、本実施態様の剥離手段８Ａとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して流体（気体又は液体）を当てるものを用いた際の概略説明図である。なお、図１５は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１５は、本実施態様の剥離手段８Ａとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して流体（気体又は液体）を当てるものを用いた際の概略説明図である。なお、図１５は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0139】
図１５に示すように、剥離手段８Ａとして、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ流体供給口８１ａ、８１ｂと流体供給手段８２を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に流体が当たるように配置することが挙げられる。なお、図１５における破線の矢印は、流体の移動方向を示している。また、流体供給口８１ａ、８１ｂと流体供給手段８２は、上述した移動速度制御手段６における流体供給口６１ａ、６１ｂと流体供給手段６２と同様の構造を有するものとし、移動速度制御手段６と剥離手段８Ａの機能を兼ねるものとしてもよい。
【0140】
流体供給手段８２としては、流体を供給することができるものであればよく、特に限定されない。
【0141】
流体供給手段８２から供給する流体として気体を用いる場合、例えば、被処理物Ｓを処理する処理工程から発生する気体を供給することや、被処理物Ｓを処理する処理工程で使用する気体を一部流用して供給するものなどが挙げられる。より具体的には、処理槽２で発生するバイオガスを回収して流体供給口８１ａ、８１ｂから供給することや、処理水Ｗ２を処理する処理設備として曝気槽を設けた際の曝気用気体の一部を流体供給口８１ａ、８１ｂから供給すること等が挙げられる。これにより、被処理物Ｓの処理手段と洗浄手段８の気体供給源を兼用することができ、処理コストの低減が可能となる。このとき、流体供給手段８２として、気体を圧縮可能な設備（ブロワー、コンプレッサー等）を設け、圧縮気体を供給するものとしてもよい。圧縮気体を用いることで、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対する剪断力が強まり、洗浄効果を高めることができる。
【0142】
また、流体供給手段８２から供給する流体として液体を用いる場合、例えば、被処理物Ｓを処理する処理工程で使用する液体を一部流用して供給するものなどが挙げられる。より具体的には、排出配管Ｌ５内の処理水Ｗ２の一部を流体供給口８１ａ、８１ｂから供給すること等が挙げられる。これにより、被処理物Ｓの処理手段と洗浄手段８の液体供給源を兼用することができ、処理コストの低減が可能となる。このとき、流体供給手段８２として、液体を圧縮可能な設備（高圧ポンプ等）を設け、高圧液体を供給するものとしてもよい。高圧液体を用いることで、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対する剪断力が強まり、洗浄効果を高めることができる。
【0143】
剥離手段８Ａとして、流体供給口８１ａ、８１ｂと流体供給手段８２を設ける場合、図１５に示すように、流体の移動方向は、濾液Ｆ及び電子受容体の移動方向と逆方向になることが好ましい。これにより、濾液Ｆ及び電子受容体の移動方向に沿って電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対し、逆方向の剪断力を加えて剥離することになるため、洗浄効果をより一層高めることができる。
【0144】
剥離手段８Ａの別の態様として、図１５に示した流体供給口８１ａ、８１ｂを別体として設けることなく、導入口４２ａ、排出口４２ｂ、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂを、流体供給口８１ａ、８１ｂとして兼用させることが挙げられる。これにより、発電部４に洗浄手段８としての新たな構造を設ける必要がなく、設備コストの低減が可能となる。
【0145】
図１６は、本実施態様の剥離手段８Ａの別態様を示した概略説明図である。なお、図１６は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。また、図１６における破線の矢印は、流体の移動方向を示している。
【0146】
図１６に示すように、剥離手段８Ａとしては、例えば、導入配管Ｌ３及び排出配管Ｌ５上に液体の加圧が可能なポンプＰ１、Ｐ２を設け、電極４３ａの表面に向けて高圧液体を供給して洗浄することが挙げられる。このとき、導入配管Ｌ３側から導入口４２ａに向かって高圧液体を供給することや、排出配管Ｌ５側から排出口４２ｂに向かって高圧液体を供給することが挙げられる。また、このとき、図１６に示すように、導入配管Ｌ３上のポンプＰ１と排出配管Ｌ５上のポンプＰ２の駆動を切り換える制御部８３を設けるものとしてもよい。これにより、通常の排水処理工程と洗浄工程の切り換えを容易に行うことができる。また、導入配管Ｌ３側及び排出配管Ｌ５側から交互に高圧液体を供給可能なものとしてもよい。これにより、電極４３ａ表面の洗浄効果を向上させることが可能となる。
【0147】
また、図１６に示すように、剥離手段８Ａとしては、例えば、電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂから圧縮流体を供給することで、電極４３ｂの表面を洗浄することが挙げられる。このとき、被処理物Ｓを処理する処理工程から発生した気体や、被処理物Ｓの処理に用いた流体などをポンプなどで圧縮し、供給するものとしてもよい（不図示）。これにより、剥離手段８Ａとして新たに設ける構造を最小限とし、設備コストを低減することが可能となる。
【0148】
また、剥離手段８Ａにおいて、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に供給された流体は、洗浄後、排出口４２ｂ及び電子受容体排出口４４ｂから排出するものとしてもよく、別途、流体排出口（不図示）を設けて排出させるものとしてもよい。特に、剥離手段８Ａの流体として処理槽２から発生したバイオガスを用いた場合、流体排出口から洗浄後の流体を回収することが好ましい。なお、洗浄後の流体を回収する場合、上述した回収手段６３と同様の構造を設けることなどが挙げられる。これにより、洗浄後の流体をバイオガスとして再度回収・利用することができ、処理システム１Ｄとしてエネルギー回収・利用効率を高めることが可能となる。
【0149】
本実施態様の洗浄手段８の別の態様としては、電極表面に堆積した堆積物を溶解する溶解手段８Ｂを備えるものが挙げられる。
溶解手段８Ｂとしては、堆積物を溶解させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して堆積物を溶解させる薬剤を添加する手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電圧・電流を制御する電気化学的手段などが挙げられる。洗浄手段８として溶解手段８Ｂを用いることで、新たに加える装置構成が少なく、設備の小型化が可能である。また、特に電極４３ａ及び電極４３ｂの表面が多孔質である場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面及び内部に堆積した堆積物に対して高い洗浄効果を奏する。
溶解手段８Ｂとしては、堆積物を溶解させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して堆積物を溶解させる薬剤を添加する手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電圧・電流を制御する電気化学的手段などが挙げられる。洗浄手段８として溶解手段８Ｂを用いることで、新たに加える装置構成が少なく、設備の小型化が可能である。また、特に電極４３ａ及び電極４３ｂの表面が多孔質である場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面及び内部に堆積した堆積物に対して高い洗浄効果を奏する。
【0150】
溶解手段８Ｂの具体例としては、堆積物を溶解させる薬剤を添加することが挙げられる。
図１７は、本実施態様の溶解手段８Ｂとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して薬剤を添加するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１７は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１７は、本実施態様の溶解手段８Ｂとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して薬剤を添加するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１７は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0151】
図１７に示すように、溶解手段８Ｂとして薬剤を添加するものを用いる例としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ薬剤添加口８４ａ、８４ｂと薬剤添加手段８５を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対して薬剤が供給されるように配置することが挙げられる。なお、図１７における破線の矢印は、薬剤の添加方向を示している。
【0152】
薬剤添加手段８５は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに対して薬剤を添加することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、薬剤添加手段８５としては、薬剤を貯留する貯留部や、薬剤の添加量を決定・調整するための制御部等を備えること等が挙げられる。
【0153】
薬剤添加手段８５により添加される薬剤の種類は、堆積物を溶解させることができるものであればよく、特に限定されない。薬剤としては、例えば、塩酸、硫酸などの酸や、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを用いることが挙げられる。また、被処理物Ｓを処理する処理工程で使用されるｐＨ調整剤などの薬剤を利用するものとしてもよい。これにより、洗浄手段８のために新たな薬剤を用意する必要がなく、ランニングコストを低減させることが可能となる。
【0154】
溶解手段８Ｂとして、薬剤添加口８４ａ、８４ｂと薬剤添加手段８５を設ける場合、図１７に示すように、薬剤の添加方向は、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から下部に向かうようにすることが好ましい。特に、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に貯留されているものが液体である場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から薬剤を添加することで、セル４１ａ、４１ｂ内に薬剤が速やかに拡散する。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面全体に効率的に薬剤が行き渡るため、洗浄効果を高めることが可能となる。
【0155】
また、導入配管Ｌ３に薬剤添加手段８５を接続し、薬剤を導入口４２ａから電極４３ａに対して供給するものとしてもよい。これにより、薬剤添加口８４ａを別体として設ける必要がなくなるため、装置構成の簡略化が可能となる。
【0156】
溶解手段８Ｂの別の態様として、電極４３ａ及び電極４３ｂと接続するように電圧・電流制御装置を設け、電気化学的処理を行うことが挙げられる。より具体的には、電極４３ａ及び電極４３ｂ間に高電圧を印加することや、発電時の電極反応とは逆の方向に電流を流すこと等が挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂが多孔質であった場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面及び多孔質内に堆積した堆積物を効果的に溶解させることが可能となる。特に、堆積物が主に電極反応により生成したものからなる場合において、発電時の電極反応とは逆の方向に電流を流すことによって、堆積物を強制的に酸化（又は還元）させることができ、高い洗浄効果を奏する。
【0157】
本実施態様の洗浄手段８の別の態様としては、電極表面に堆積した堆積物を分散して離散させる分散手段８Ｃを備えるものが挙げられる。
分散手段８Ｃとしては、電極表面の堆積物を分散させ、その結果電極表面から堆積物を離散させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して堆積物の分散効果がある薬剤を添加する手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂ表面に対して振動を与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として分散手段８Ｃを用いることで、堆積物を一度分散させ、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から離散させるため、電極４３ａ及び電極４３ｂ表面に対する負荷が少ない状態で洗浄を行うことが可能となる。また、電極４３ａ及び電極４３ｂが多孔質である場合、多孔質内に堆積した堆積物に対しても高い洗浄効果を奏する。
分散手段８Ｃとしては、電極表面の堆積物を分散させ、その結果電極表面から堆積物を離散させることができるものであればよく、例えば、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して堆積物の分散効果がある薬剤を添加する手段や、電極４３ａ及び電極４３ｂ表面に対して振動を与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として分散手段８Ｃを用いることで、堆積物を一度分散させ、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から離散させるため、電極４３ａ及び電極４３ｂ表面に対する負荷が少ない状態で洗浄を行うことが可能となる。また、電極４３ａ及び電極４３ｂが多孔質である場合、多孔質内に堆積した堆積物に対しても高い洗浄効果を奏する。
【0158】
分散手段８Ｃの具体例としては、堆積物を分散させる効果がある薬剤を添加することが挙げられる。
図１８は、本実施態様の分散手段８Ｃとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して薬剤を添加するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１８は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１８は、本実施態様の分散手段８Ｃとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して薬剤を添加するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１８は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0159】
図１８に示すように、分散手段８Ｃとして薬剤を添加するものを用いる例としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ薬剤添加口８６ａ、８６ｂと薬剤添加手段８７を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物に対して薬剤が供給されるように配置することが挙げられる。なお、図１８における破線の矢印は、薬剤の添加方向を示している。
【0160】
薬剤添加手段８７は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに対して薬剤を添加することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、薬剤添加手段８７としては、薬剤を貯留する貯留部や、薬剤の添加量を決定・調整するための制御部等を備えること等が挙げられる。
【0161】
薬剤添加手段８７により添加される薬剤の種類は、堆積物を分散させることができるものであればよく、特に限定されない。薬剤としては、例えば、界面活性剤、酵素などを用いることが挙げられる。このとき用いる薬剤は、電極４３ａ及び電極４３ｂに対する腐食などの影響が小さく、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対し必要以上の負荷をかけることがないという効果がある。また、特に堆積物が主に微生物からなる場合、界面活性剤や酵素を用いることで、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面で微生物を分散させ、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から微生物を離散させることが可能となる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面で死滅した微生物が堆積物として残り続けることを回避し、電極反応効率の低下を抑制することが可能となる。
【0162】
分散手段８Ｃとして、薬剤添加口８６ａ、８６ｂと薬剤添加手段８７を設ける場合、図１６に示すように、薬剤の添加方向は、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から下部に向かうようにすることが好ましい。特に、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に貯留されているものが液体である場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から薬剤を添加することで、セル４１ａ、４１ｂ内に薬剤が速やかに拡散する。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面全体に効率的に薬剤が行き渡るため、洗浄効果を高めることが可能となる。
【0163】
また、導入配管Ｌ３に薬剤添加手段８７を接続し、薬剤を導入口４２ａから電極４３ａに対して供給するものとしてもよい。これにより、薬剤添加口８６ａを別体として設ける必要がなくなるため、装置構成の簡略化が可能となる。
【0164】
分散手段８Ｃの別の態様として、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して振動を与えることが挙げられる。より具体的には、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して超音波を照射することができるように超音波発生装置を配設すること等が挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物を細分化して分散させ、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から離散させることが可能となる。特に、堆積物が微生物の集合体である場合や、電極反応による生成物が塊状になっている場合などにおいて、超音波によって一旦細分化させることができるため、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面には負荷をかけることなく堆積物を容易に引き剥がすことが可能となる。
【0165】
本実施態様の洗浄手段８の別の態様としては、電極表面の周辺環境を変化させる周辺環境変化手段８Ｄを備えるものが挙げられる。
周辺環境変化手段８Ｄとしては、電極表面の周辺環境を変化させるものであればよく、例えば、加熱・冷却のような温度制御手段、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の物性を変化させる添加物を供給する手段、堆積物に一定のダメージを与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として周辺環境変化手段８Ｄを用いることで、堆積物が微生物を含む場合、微生物が電極表面周辺の環境変化に耐えられず、電極表面から離れる方向に微生物を自発的に移動させることが可能となる。これにより、電極表面から効果的に微生物を剥離させることが可能となり、電極表面に対する高い洗浄効果を得ることができる。
周辺環境変化手段８Ｄとしては、電極表面の周辺環境を変化させるものであればよく、例えば、加熱・冷却のような温度制御手段、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の物性を変化させる添加物を供給する手段、堆積物に一定のダメージを与える手段などが挙げられる。洗浄手段８として周辺環境変化手段８Ｄを用いることで、堆積物が微生物を含む場合、微生物が電極表面周辺の環境変化に耐えられず、電極表面から離れる方向に微生物を自発的に移動させることが可能となる。これにより、電極表面から効果的に微生物を剥離させることが可能となり、電極表面に対する高い洗浄効果を得ることができる。
【0166】
周辺環境変化手段８Ｄの具体例としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の物性を変化させる添加物を供給することが挙げられる。
図１９は、本実施態様の周辺環境変化手段８Ｄとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して添加物を供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１９は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
図１９は、本実施態様の周辺環境変化手段８Ｄとして、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に対して添加物を供給するものを用いた際の概略説明図である。なお、図１９は、処理システム１Ｄにおける発電部４周辺の拡大図であり、処理槽２及び固液分離部３については図示を省略している。
【0167】
図１９に示すように、周辺環境変化手段８Ｄとして添加物を供給するものを用いる例としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ添加物供給口８８ａ、８８ｂと添加物供給手段８９を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面及び堆積した堆積物の周辺環境を変化させることが挙げられる。なお、図１９における破線の矢印は、添加物の添加方向を示している。
【0168】
添加物供給手段８９は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに対して添加物を供給することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、添加物供給手段８９としては、添加物を貯留する貯留部や、添加物の供給量を決定・調整するための制御部等を備えること等が挙げられる。
【0169】
添加物供給手段８９により供給される添加物の種類は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の物性を変化させることができるものであればよく、特に限定されない。添加物としては、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどの塩類や、電解水などのイオンを含まないものを用いることが挙げられる。これにより、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の塩濃度を変えることができ、その結果、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面周辺における浸透圧が変化し、微生物が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から自発的に移動することを促すことができる。
【0170】
周辺環境変化手段８Ｄとして、添加物供給口８８ａ、８８ｂと添加物供給手段８９を設ける場合、図１９に示すように、添加物の供給方向は、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から下部に向かうようにすることが好ましい。特に、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に貯留されているものが液体である場合、電極４３ａ及び電極４３ｂの上部から添加物を供給することで、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に沿って添加物が広がっていく。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面周辺における物性変化を効果的に行うことができ、洗浄効果を高めることが可能となる。
【0171】
周辺環境変化手段８Ｄの別の態様として、堆積物に一定のダメージを与えることが挙げられる。より具体的には、電極４３ａ及び電極４３ｂ表面の堆積物が微生物である場合に、微生物に対して塩素やオゾンを供給することや、紫外線を照射すること等が挙げられる。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した堆積物（微生物）に対して一定のダメージを与えることができる。このとき、微生物はダメージを与えられるという環境変化に耐えられず、自発的に電極４３ａ及び電極４３ｂの表面から移動するように促すことが可能となる。なお、塩素やオゾンの供給量、あるいは紫外線照射量が過多になると、微生物が電極４３ａ及び電極４３ｂの表面で死滅してしまい、堆積物となって残存する。したがって、塩素やオゾンの供給量、あるいは紫外線照射量は抑えることが好ましく、これにより、ランニングコストを低減させることができるという効果も奏する。
【0172】
本実施態様の処理システム１Ｄにおける洗浄手段８としては、上記した剥離手段８Ａ、溶解手段８Ｂ、分散手段８Ｃ及び周辺環境変化手段８Ｄをそれぞれ単独で行うものに限定されるものではなく、上記手段８Ａ～８Ｄを複数組み合わせるものとしてもよい。これにより、堆積物の種類によって好適な洗浄手段８を選択して実施することが可能となり、より高い洗浄効果が得られる。特に、洗浄手段８の手段８Ｂ～８Ｄにおいて、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に薬剤・添加物などの添加を行う構成については、添加する薬剤や添加物を変更することのみで、それぞれの手段８Ｂ～８Ｄを実施することが可能である。したがって、堆積物の種類に応じて手段８Ｂ～８Ｄを容易に切り換えることができ、効果的な洗浄を行うことが可能となる。
【0173】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ｄにおいて、接触効率向上手段として、電極表面に堆積した堆積物を洗浄する洗浄手段を備えることで、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0174】
また、本実施態様の処理システム１Ｄにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0175】
さらに、本実施態様の処理システム１Ｄの発電部４において、電極表面に堆積物が堆積することで、発電部４内におけるセル（第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ）内の容積減や、電極（電極４３ａ及び電極４３ｂ）内部の詰まりが生じ、圧力損失の要因となることがある。したがって、本実施態様における処理システム１Ｄのように、接触効率向上手段として洗浄手段を設け、電極表面の堆積物を除去することにより、装置内の圧力損失を抑制することも可能となる。
【0176】
〔第５の実施態様〕
図２０は、本発明の第５の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２１は、本発明の第５の実施態様における処理システムの別の態様を示す概略説明図である。
第５の実施態様に係る処理システム１Ｅは、図２０及び図２１に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、カソード側のｐＨ上昇を抑制する手段として排ガス供給手段９を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２０及び図２１は、処理システム１Ｅの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
図２０は、本発明の第５の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２１は、本発明の第５の実施態様における処理システムの別の態様を示す概略説明図である。
第５の実施態様に係る処理システム１Ｅは、図２０及び図２１に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、カソード側のｐＨ上昇を抑制する手段として排ガス供給手段９を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２０及び図２１は、処理システム１Ｅの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
【0177】
上述したように、本実施態様の処理システムにおける電極反応では、反応Ｒ３によりカソード側に水素イオン（Ｈ＋）が移動することで、式３に基づく反応Ｒ４が進行する。しかし、反応Ｒ３ではイオン交換体４５を介して水素イオンが移動するため、カソード側である電極４３ｂに対し、式３に基づく反応における十分な水素イオンが供給される前に、電極反応が進行することがある。このとき、電極４３ｂでは、式３に基づく水（Ｈ２Ｏ）を生成する反応ではなく、水酸化物イオン（ＯＨ－）が生成する反応が進行し、電極４３ｂ（カソード側）ではｐＨ上昇が起こる。これにより、電極反応効率が低下するという問題が生じる。
【0178】
このため、処理システムには、発電部４におけるカソード側のｐＨ上昇を抑制するための手段を設けることが好ましい。ｐＨ上昇を抑制する手段としては、例えば、酸性成分を添加することが挙げられる。ここで、ｐＨ上昇を抑制する手段としては、薬剤として酸性成分を添加する手段を新設すること以外に、より好ましい例として、既設装置等から排出される排出物を活用できる構成とすることが挙げられる。これにより、処理システム１Ｅの省コスト化や省エネルギー化が可能となる。
既設装置等から排出される排出物を活用し、ｐＨ上昇を抑制する手段としては、例えば、各種燃焼装置で生じた排ガスを処理システム１Ｅに供給することが挙げられる。燃焼装置で生じた排ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）などが含まれており、これらの排ガス成分は水溶液に溶解すると酸性を示すことが知られている。したがって、燃焼装置で生じた排ガスを活用することで、発電部４におけるｐＨ上昇を抑制することが可能となる。
既設装置等から排出される排出物を活用し、ｐＨ上昇を抑制する手段としては、例えば、各種燃焼装置で生じた排ガスを処理システム１Ｅに供給することが挙げられる。燃焼装置で生じた排ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）などが含まれており、これらの排ガス成分は水溶液に溶解すると酸性を示すことが知られている。したがって、燃焼装置で生じた排ガスを活用することで、発電部４におけるｐＨ上昇を抑制することが可能となる。
【0179】
（排ガス供給手段）
排ガス供給手段９は、発電部４に対して燃焼装置で生じた排ガスを供給し、ｐＨ上昇を抑制することで、電極反応効率の低下を抑制するためのものである。
排ガス供給手段９としては、発電部４に対して燃焼装置で生じた排ガスを供給することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における排ガス供給手段９としては、カソード側である電極４３ｂを配した第２のセル４１ｂ内に排ガスを供給するものとすることが特に好ましい。このような排ガス供給手段９としては、第２のセル４１ｂに直接排ガスを供給するための構造を設けるものや、電子受容体とともに排ガスを供給する構造を設けるもの等が挙げられる。
排ガス供給手段９は、発電部４に対して燃焼装置で生じた排ガスを供給し、ｐＨ上昇を抑制することで、電極反応効率の低下を抑制するためのものである。
排ガス供給手段９としては、発電部４に対して燃焼装置で生じた排ガスを供給することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における排ガス供給手段９としては、カソード側である電極４３ｂを配した第２のセル４１ｂ内に排ガスを供給するものとすることが特に好ましい。このような排ガス供給手段９としては、第２のセル４１ｂに直接排ガスを供給するための構造を設けるものや、電子受容体とともに排ガスを供給する構造を設けるもの等が挙げられる。
【0180】
排ガス供給手段９の具体例としては、発電部４内の第２のセル４１ｂに、燃焼装置で生じた排ガスを供給する機構を直接設けることが挙げられる。
図２０は、本実施態様の排ガス供給手段９として、第２のセル４１ｂに排ガスを供給する機構を直接設ける際の概略説明図である。
図２０は、本実施態様の排ガス供給手段９として、第２のセル４１ｂに排ガスを供給する機構を直接設ける際の概略説明図である。
【0181】
図２０に示すように、排ガス供給手段９として、第２のセル４１ｂに排ガス供給口９１を設け、排ガス供給口９１には、燃焼装置（不図示）で発生した排ガスを供給するための配管９２を接続することが挙げられる。ここで、図２０における破線の矢印は、排ガスの流入方向を示している。また、図２０では、排ガス供給手段９として、第２のセル４１ｂの上部に排ガス供給口９１を設け、排ガスを供給するものを図示しているが、これに限定されるものではない。排ガス供給手段９の他の例としては、例えば、排ガス供給口９１を第２のセル４１ｂの下部に設け、排ガスが第２のセル４１ｂ内の下方から上方に向かって上昇するように供給するものとすることなどが挙げられる。
【0182】
排ガス供給口９１及び配管９２は、気体の供給・移送に係る公知の構成を用いることができ、具体的な構造は特に限定されない。
また、配管９２は、燃焼装置で生じた排ガスを移送するためのものであればよく、燃焼装置と直接接続するものであってもよく、間接的に接続するものであってもよい。
また、配管９２は、燃焼装置で生じた排ガスを移送するためのものであればよく、燃焼装置と直接接続するものであってもよく、間接的に接続するものであってもよい。
【0183】
排ガス供給手段９としては、図２０に示すように、発電部４に対し、排ガス供給口９１と配管９２を設けるものに限定されない。例えば、排ガス供給手段９として、電子受容体の貯留箇所や電子受容体を供給するライン上に配管９２を接続し、排ガスを電子受容体供給口４４ａから電極４３ｂに対して供給するものとしてもよい。これにより、排ガス供給口９１を別体として設ける必要がなくなるため、装置構成の簡略化が可能となる。
【0184】
なお、本実施態様において、排ガス供給手段９と接続する燃焼装置自体の構造や、燃焼装置で燃焼させる対象などについては特に限定されない。
燃焼装置としては、物質の燃焼を行うことができる公知の構成を用いることができる。燃焼装置としては、本実施態様における処理システムのために新設するものとしてもよいが、コスト面を鑑み、既設の燃焼装置を利用するものとしてもよい。例えば、ごみ焼却施設における燃焼装置のほか、バイオガス等のガス燃焼による発電施設における燃焼装置などが挙げられる。
また、燃焼装置で燃焼させる物質としては、炭素成分、硫黄成分、窒素成分の少なくとも１つ以上を含み、燃焼後に、二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物など、水溶液に溶解することで酸性を示す成分を含む排ガスを生じるものであればよく、具体的な物質としては特に限定されない。
燃焼装置としては、物質の燃焼を行うことができる公知の構成を用いることができる。燃焼装置としては、本実施態様における処理システムのために新設するものとしてもよいが、コスト面を鑑み、既設の燃焼装置を利用するものとしてもよい。例えば、ごみ焼却施設における燃焼装置のほか、バイオガス等のガス燃焼による発電施設における燃焼装置などが挙げられる。
また、燃焼装置で燃焼させる物質としては、炭素成分、硫黄成分、窒素成分の少なくとも１つ以上を含み、燃焼後に、二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物など、水溶液に溶解することで酸性を示す成分を含む排ガスを生じるものであればよく、具体的な物質としては特に限定されない。
【0185】
燃焼装置の例としては、排水処理の処理過程で生じた排出物を燃焼対象とするものが挙げられる。これにより、排水処理における一連の処理過程の中で電極反応を行うことに加え、電極反応効率の低下抑制に係る工程も併せて実施することが可能となる。このため、処理システム１Ｅとして、エネルギーの回収・利用効率が向上するとともに、省コスト化が可能となる。
このような燃焼装置の具体的な例としては、例えば、固液分離部３で分離した固形物（汚泥）を焼却するものや、処理槽２における嫌気処理で発生したガス（バイオガス）を燃焼するものなどが挙げられる。これにより、燃焼対象を容易に得ることができるとともに、排出配管Ｌ４から排出された固形物（汚泥）処理やバイオガス利用等における既設の燃焼装置を利用することができる。さらに、本発明の処理システムのために、新たに燃焼装置を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
また、燃焼対象を汚泥とした場合、汚泥には有機物が多く含まれるため、燃焼処理により二酸化炭素を多く含む排ガスが発生する。近年、環境への影響を鑑み、二酸化炭素の排出規制が厳しくなっている。このため、二酸化炭素を含む排ガスを発電部４に供給することで、発電部４における電極反応効率の低下を抑制するとともに、二酸化炭素が発電部４内の電解質溶液に溶解するため、二酸化炭素の系外への排出を抑制することが可能となるという効果も奏する。
なお、燃焼装置は１つに限定するものではなく、複数のものを組み合わせてもよい。例えば、固形物を焼却するものとガスを燃焼するものを組み合わせることなどが挙げられる。これにより、排ガス供給手段９に対して安定して排ガスを供給することができるとともに、各燃焼装置から排出される排ガス処理を低コストで行うことが可能となる。
このような燃焼装置の具体的な例としては、例えば、固液分離部３で分離した固形物（汚泥）を焼却するものや、処理槽２における嫌気処理で発生したガス（バイオガス）を燃焼するものなどが挙げられる。これにより、燃焼対象を容易に得ることができるとともに、排出配管Ｌ４から排出された固形物（汚泥）処理やバイオガス利用等における既設の燃焼装置を利用することができる。さらに、本発明の処理システムのために、新たに燃焼装置を設ける必要がなく、イニシャルコストを大幅に低減することが可能となる。
また、燃焼対象を汚泥とした場合、汚泥には有機物が多く含まれるため、燃焼処理により二酸化炭素を多く含む排ガスが発生する。近年、環境への影響を鑑み、二酸化炭素の排出規制が厳しくなっている。このため、二酸化炭素を含む排ガスを発電部４に供給することで、発電部４における電極反応効率の低下を抑制するとともに、二酸化炭素が発電部４内の電解質溶液に溶解するため、二酸化炭素の系外への排出を抑制することが可能となるという効果も奏する。
なお、燃焼装置は１つに限定するものではなく、複数のものを組み合わせてもよい。例えば、固形物を焼却するものとガスを燃焼するものを組み合わせることなどが挙げられる。これにより、排ガス供給手段９に対して安定して排ガスを供給することができるとともに、各燃焼装置から排出される排ガス処理を低コストで行うことが可能となる。
【0186】
本実施態様の排ガス供給手段９の別の態様としては、排ガスの温度を調整するための機構を備えるものとしてもよい。
燃焼装置で生じた排ガスの温度は、１００度を超えることもあることが知られている。一方、本実施態様における処理システム１Ｅの発電部４は、水溶液中に配置した電極による電気化学反応を実施するものであり、１００度を超える排ガスをそのまま供給すると、電極の劣化を速めるとともに、発電部４内の電解質溶液が蒸発（気化）することで、電極反応効率の低下が生じるなど、熱による不具合が発生するおそれがある。したがって、排ガスの温度を調整し、発電部４に供給することが好ましい。
燃焼装置で生じた排ガスの温度は、１００度を超えることもあることが知られている。一方、本実施態様における処理システム１Ｅの発電部４は、水溶液中に配置した電極による電気化学反応を実施するものであり、１００度を超える排ガスをそのまま供給すると、電極の劣化を速めるとともに、発電部４内の電解質溶液が蒸発（気化）することで、電極反応効率の低下が生じるなど、熱による不具合が発生するおそれがある。したがって、排ガスの温度を調整し、発電部４に供給することが好ましい。
【0187】
図２１は、本実施態様における排ガス供給手段９として、排ガスの温度を調整する機構を設けた際の概略説明図である。
図２１に示すように、排ガスの温度を調整する機構として、配管９２上に温度調整機構９３を設け、排ガスの温度調整を行うことが挙げられる。より具体的には、温度調整機構９３により、排ガスの温度を１００度以下に冷却すること等が挙げられる。これにより、排ガスを発電部４（第２のセル４１ｂ）内に供給した際に、熱による不具合が発生することを抑制することが可能となる。
図２１に示すように、排ガスの温度を調整する機構として、配管９２上に温度調整機構９３を設け、排ガスの温度調整を行うことが挙げられる。より具体的には、温度調整機構９３により、排ガスの温度を１００度以下に冷却すること等が挙げられる。これにより、排ガスを発電部４（第２のセル４１ｂ）内に供給した際に、熱による不具合が発生することを抑制することが可能となる。
【0188】
温度調整機構９３としては、ガス（排ガス）の温度調整が可能なものであればよく、公知の構成を用いることができる。温度調整機構９３の一例としては、空気等の気体や冷却水等の液体を用いた熱交換器が挙げられる。また、温度調整機構９３の他の例としては、本実施態様の処理システム１Ｅにおける処理槽２等の処理設備に対し、排ガスを用いた加温が可能となるように排ガスの配管等の配置を行うことが挙げられる。これにより、処理槽２等の処理設備を加温処理した後に冷却された排ガスを、配管９２を介して発電部４に供給することで、電極反応効率の低下を抑制するとともに、処理システム１Ｅ全体としての省エネルギー化が可能となる。
【0189】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ｅにおいて、燃焼装置で生じた排ガスを発電部へ供給する排ガス供給手段を備えることにより、電極反応におけるカソード側のｐＨ上昇を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0190】
また、本実施態様の処理システム１Ｅにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0191】
〔第６の実施態様〕
図２２は、本発明の第６の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２３及び図２４は、本発明の第６の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
第６の実施態様に係る処理システム１Ｆは、図２２～図２４に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、発電部４の電極４１ａ、４１ｂに含まれる気体を脱気する脱気手段１０を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２２～図２４においては、処理システム１Ｆの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
図２２は、本発明の第６の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２３及び図２４は、本発明の第６の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
第６の実施態様に係る処理システム１Ｆは、図２２～図２４に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、発電部４の電極４１ａ、４１ｂに含まれる気体を脱気する脱気手段１０を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２２～図２４においては、処理システム１Ｆの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
【0192】
本実施態様における電極４３ａは、濾液Ｆ中の還元性物質から直接電子を回収するものである。したがって、電極４３ａと還元性物質との接触効率を向上させることで電子供与体としての反応効率（電極４３ａにおける電子の回収速度）が向上し、発電効率を向上させることが可能となる。また、電極４３ｂにおいても同様に、電極４３ｂと電子受容体との接触効率を向上させることで、発電効率を向上させることが可能となる。
【0193】
一方、電極４３ａや電極４３ｂとして、発電効率を鑑み、比表面積の大きい多孔質体を用いた場合、電極内部に気体が入り込む空間が存在することになる。したがって、多孔質体からなる電極４３ａ、４３ｂをそのまま処理水等の液体を貯留するセル（第１のセル４１ａ、第２のセル４１ｂ）に設置すると、電極４３ａ、４３ｂ内には気泡が存在し、電極４３ａ、４３ｂの表面と濾液Ｆ等の液体との接触面積が低下することになる。このとき、電極４３ａ、４３ｂにおいて、還元性物質や電子受容体による電極反応効率が低下するという問題が生じる。
【0194】
（脱気手段）
脱気手段１０は、発電部４における電極４３ａ及び電極４３ｂに含まれる気体を除去し、電極反応効率の低下を抑制するためのものである。
脱気手段１０としては、電極４３ａ及び電極４３ｂに含まれる気体を除去することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における脱気手段１０としては、電極４３ａ及び電極４３ｂを発電部４内に設置したまま脱気を行うものや、発電部４に設置する前や発電部４から取り出した後など、発電部４外部において電極４３ａ及び電極４３ｂの脱気を行うものが挙げられる。発電部４内の電極４３ａ、４３ｂに対し、脱気を行う場合、電極４３ａ、４３ｂの輸送や設置は通常通り行うことができ、発電工程の合間に脱気工程を行うことが容易である。このため、脱気処理に係る操作のタイミング等を容易に設定することが可能である。一方、発電部４外部において電極４３ａ、４３ｂの脱気を行う場合、発電部４に脱気に係る設備を追加することなく、複数の電極を一括で処理することができるため、作業コストを低減させることができる。したがって、脱気手段１０は、発電部４内部あるいは発電部４外部のいずれで行うものとしてもよく、脱気効果や作業効率等を鑑みて適宜選択することが可能である。
脱気手段１０は、発電部４における電極４３ａ及び電極４３ｂに含まれる気体を除去し、電極反応効率の低下を抑制するためのものである。
脱気手段１０としては、電極４３ａ及び電極４３ｂに含まれる気体を除去することができるものであればよく、特に限定されない。なお、本実施態様における脱気手段１０としては、電極４３ａ及び電極４３ｂを発電部４内に設置したまま脱気を行うものや、発電部４に設置する前や発電部４から取り出した後など、発電部４外部において電極４３ａ及び電極４３ｂの脱気を行うものが挙げられる。発電部４内の電極４３ａ、４３ｂに対し、脱気を行う場合、電極４３ａ、４３ｂの輸送や設置は通常通り行うことができ、発電工程の合間に脱気工程を行うことが容易である。このため、脱気処理に係る操作のタイミング等を容易に設定することが可能である。一方、発電部４外部において電極４３ａ、４３ｂの脱気を行う場合、発電部４に脱気に係る設備を追加することなく、複数の電極を一括で処理することができるため、作業コストを低減させることができる。したがって、脱気手段１０は、発電部４内部あるいは発電部４外部のいずれで行うものとしてもよく、脱気効果や作業効率等を鑑みて適宜選択することが可能である。
【0195】
本実施態様の脱気手段１０としては、電極に対して薬剤を添加する薬剤添加手段１０Ａを備えるものが挙げられる。
薬剤添加手段１０Ａとしては、薬剤を加えることで電極に含まれる気体を除去することができるものであればよく、例えば、発電部４外で電極４３ａ及び電極４３ｂに薬剤を添加するものや、発電部４内に薬剤を添加するものなどが挙げられる。脱気手段１０として薬剤添加手段１０Ａを用いることで、薬剤を添加するという比較的簡易な手段により、電極の脱気を行うことができる。この場合、電極の脱気に係る付帯設備の大型化を抑制し、イニシャルコストを低減することが可能となる。
薬剤添加手段１０Ａとしては、薬剤を加えることで電極に含まれる気体を除去することができるものであればよく、例えば、発電部４外で電極４３ａ及び電極４３ｂに薬剤を添加するものや、発電部４内に薬剤を添加するものなどが挙げられる。脱気手段１０として薬剤添加手段１０Ａを用いることで、薬剤を添加するという比較的簡易な手段により、電極の脱気を行うことができる。この場合、電極の脱気に係る付帯設備の大型化を抑制し、イニシャルコストを低減することが可能となる。
【0196】
薬剤添加手段１０Ａの具体例としては、発電部４内に設置した電極４３ａ及び電極４３ｂに対して薬剤を添加する機構を設けることが挙げられる。
図２２は、本実施態様の薬剤添加手段１０Ａとして、発電部４内の電極４３ａ及び電極４３ｂに対して薬剤を添加する機構を設ける際の概略説明図である。
図２２に示すように、薬剤添加手段１０Ａとして、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ薬剤供給口１０１ａ、１０１ｂと薬剤供給手段１０２を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に薬剤が触れるように配置することが挙げられる。なお、図２２における破線の矢印は、薬剤の流入方向を示している。
図２２は、本実施態様の薬剤添加手段１０Ａとして、発電部４内の電極４３ａ及び電極４３ｂに対して薬剤を添加する機構を設ける際の概略説明図である。
図２２に示すように、薬剤添加手段１０Ａとして、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂにそれぞれ薬剤供給口１０１ａ、１０１ｂと薬剤供給手段１０２を設け、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に薬剤が触れるように配置することが挙げられる。なお、図２２における破線の矢印は、薬剤の流入方向を示している。
【0197】
薬剤供給手段１０２としては、薬剤を添加することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、薬剤供給手段１０２としては、薬剤を貯留する貯留部や、薬剤の添加量を決定・調整するための制御部等を備えること等が挙げられる。
【0198】
薬剤供給手段１０２から供給する薬剤としては、電極４３ａ、４３ｂ内の気体と置換し、気体を電極４３ａ、４３ｂ外に押し出すもの、電極４３ａ、４３ｂ内の気体が溶解するもの、電極４３ａ、４３ｂ内の気体を破泡するものなどが挙げられる。より具体的には、アルコールなどの有機溶剤のほか、消泡剤として知られる物質が挙げられる。これにより、発電部４に配置された電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体を除去することが可能となる。
【0199】
薬剤添加手段１０Ａとしては、図２２に示すように、発電部４に対し、薬剤供給口１０１ａ、１０１ｂと薬剤供給手段１０２を設けるものに限定されない。例えば、導入配管Ｌ３に薬剤供給手段１０２を接続し、薬剤を導入口４２ａから電極４３ａに対して供給するものとしてもよい。これにより、薬剤供給口１０１ａを別体として設ける必要がなくなるため、装置構成の簡略化が可能となる。
【0200】
薬剤添加手段１０Ａの別の態様として、発電部４外で、電極４３ａ、４３ｂに薬剤を添加する設備を設け、一括で脱気処理を行った後、保存溶液で満たした保存容器に電極４３ａ、４３ｂを収容したものを発電部４に輸送、配置することが挙げられる。
【0201】
このとき、保存溶液としては、脱気処理後の電極４３ａ、４３ｂ内に再度気体が流入することを抑制することができる液体であればよく、例えば、脱気処理に使用した薬剤（溶液）のほか、純水等が挙げられる。また、保存溶液としては、純水等の水溶液を用いることが好ましい。これにより、発電部４に電極４３ａ、４３ｂを配置した際、保存溶液が処理水と置換されやすく、また、処理水中に保存溶液が流出しても、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境条件に対する影響を抑えることができる。
【0202】
また、このとき、保存容器としては、電極４３ａ、４３ｂ及び保存溶液を収容し、脱気処理後の電極４３ａ、４３ｂ内に再度気体が流入することを抑制することができる容器であればよく、例えば、通気性及び通水性を有さない材質からなる箱体や袋体等が挙げられる。このような保存容器の具体的な例としては、例えば、プラスチックフィルムや金属薄膜からなる袋体や、プラスチック板や金属板からなる箱体等が挙げられる。
【0203】
薬剤添加手段１０Ａとして、発電部４外で薬剤による脱気処理を行うものとした場合、発電部４内に直接薬剤を投入することがないため、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境変化が少なく、電極反応に対する影響を抑制することができるという効果も奏する。
【0204】
本実施態様の脱気手段１０の別の態様としては、電極に対して電圧印加を行う電気的処理手段１０Ｂを備えるものが挙げられる。
電気的処理手段１０Ｂとしては、処理水等の溶液に浸漬した状態で電極に対して電圧印加を行うことができるものであればよく、例えば、発電部４内に配置した電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電圧・電流を制御する電気化学的装置を設けることや、発電部４外において電極４３ａ及び電極４３ｂ間に印加する電圧・電流を制御する電気化学的装置を備えた設備を設けることなどが挙げられる。特に、脱気手段１０として、発電部４内に電気的処理手段１０Ｂを設けることで、新たに加える装置構成が少なく、設備の小型化が可能となる。
電気的処理手段１０Ｂとしては、処理水等の溶液に浸漬した状態で電極に対して電圧印加を行うことができるものであればよく、例えば、発電部４内に配置した電極４３ａ及び電極４３ｂ間の電圧・電流を制御する電気化学的装置を設けることや、発電部４外において電極４３ａ及び電極４３ｂ間に印加する電圧・電流を制御する電気化学的装置を備えた設備を設けることなどが挙げられる。特に、脱気手段１０として、発電部４内に電気的処理手段１０Ｂを設けることで、新たに加える装置構成が少なく、設備の小型化が可能となる。
【0205】
図２３は、本実施態様の電気的処理手段１０Ｂとして、発電部４内の電極４３ａ及び電極４３ｂ間に電圧印加するものを用いた際の概略説明図である。
図２３に示すように、電気的処理手段１０Ｂとして、電極４３ａ及び電極４３ｂと接続するように電圧・電流制御装置１０３を設け、電気化学的処理を行うことが挙げられる。より具体的には、電極４３ａ及び電極４３ｂからガスが発生する電極反応が進行するように電圧を印加すること等が挙げられる。これにより、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体は、電極反応により発生するガスによって電極４３ａ、４３ｂの外部に押し出されるため、電極の脱気処理が可能となる。このとき、ガスが発生する電極反応としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に貯留された水溶液（水）の電気分解が挙げられる。発電部４内での水の電気分解によって水素及び酸素が発生し、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体ごと電極４３ａ、４３ｂ外に放出し、電極の脱気を行うことができる。これにより、脱気手段１０として新たな設備追加がほとんど不要となるため、設備コストを大幅に削減することが可能となる。
図２３に示すように、電気的処理手段１０Ｂとして、電極４３ａ及び電極４３ｂと接続するように電圧・電流制御装置１０３を設け、電気化学的処理を行うことが挙げられる。より具体的には、電極４３ａ及び電極４３ｂからガスが発生する電極反応が進行するように電圧を印加すること等が挙げられる。これにより、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体は、電極反応により発生するガスによって電極４３ａ、４３ｂの外部に押し出されるため、電極の脱気処理が可能となる。このとき、ガスが発生する電極反応としては、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に貯留された水溶液（水）の電気分解が挙げられる。発電部４内での水の電気分解によって水素及び酸素が発生し、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体ごと電極４３ａ、４３ｂ外に放出し、電極の脱気を行うことができる。これにより、脱気手段１０として新たな設備追加がほとんど不要となるため、設備コストを大幅に削減することが可能となる。
【0206】
本実施態様の脱気手段１０の別の態様としては、電極に対して減圧処理を行う減圧手段１０Ｃを備えるものが挙げられる。
減圧手段１０Ｃとしては、少なくとも電極に対して減圧処理を行い、その結果電極に含まれる気体を除去することができるものであればよく、例えば、発電部４内に電極４３ａ及び電極４３ｂを配置した状態でセル（第１のセル４１ａ及び／又は第２のセル４１ｂ）内を減圧する手段や、発電部４外で電極４３ａ及び電極４３ｂに対して減圧処理を行った後、減圧状態を保ったまま保存容器に収容する手段などが挙げられる。脱気手段１０として減圧手段１０Ｃを用いることで、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境条件（ｐＨ、各種化合物の濃度等）を変えることなく電極の脱気を行うことができる。
減圧手段１０Ｃとしては、少なくとも電極に対して減圧処理を行い、その結果電極に含まれる気体を除去することができるものであればよく、例えば、発電部４内に電極４３ａ及び電極４３ｂを配置した状態でセル（第１のセル４１ａ及び／又は第２のセル４１ｂ）内を減圧する手段や、発電部４外で電極４３ａ及び電極４３ｂに対して減圧処理を行った後、減圧状態を保ったまま保存容器に収容する手段などが挙げられる。脱気手段１０として減圧手段１０Ｃを用いることで、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の環境条件（ｐＨ、各種化合物の濃度等）を変えることなく電極の脱気を行うことができる。
【0207】
図２４は、本実施態様の減圧手段１０Ｃとして、発電部４内に電極４３ａ及び電極４３ｂを配置した状態で第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内を減圧するものを用いた際の概略説明図である。
図２４に示すように、減圧手段１０Ｃとしては、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄと減圧装置１０５を設けることが挙げられる。
図２４に基づき、本実施態様の減圧手段１０Ｃの一例を説明する。図２４に示した減圧手段１０Ｃは、第１のセル４１ａに対して濾液Ｆを導入・排出する導入配管Ｌ３及び排出配管Ｌ５上に流量調節弁１０４ａ、１０４ｂを設け、第２のセル４１ｂに対して電子受容体を導入・排出する電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂに接続する配管１０６、１０７上に流量調節弁１０４ｃ、１０４ｄを設けている。これにより、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄの開閉操作により、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１を、処理システム１Ｆに係る他の設備（処理槽２や固液分離部３等）から区画することが可能となる。そして、区画した空間内を減圧するために、図２４に示した減圧手段１０Ｃでは、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂと接続するように減圧装置１０５を設けている。これにより、減圧装置１０５を駆動することで、区画された空間である第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内が減圧される。このとき、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体は、電極４３ａ、４３ｂ外に放出されるため、電極の脱気を行うことができる。
図２４に示すように、減圧手段１０Ｃとしては、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄと減圧装置１０５を設けることが挙げられる。
図２４に基づき、本実施態様の減圧手段１０Ｃの一例を説明する。図２４に示した減圧手段１０Ｃは、第１のセル４１ａに対して濾液Ｆを導入・排出する導入配管Ｌ３及び排出配管Ｌ５上に流量調節弁１０４ａ、１０４ｂを設け、第２のセル４１ｂに対して電子受容体を導入・排出する電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂに接続する配管１０６、１０７上に流量調節弁１０４ｃ、１０４ｄを設けている。これにより、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄの開閉操作により、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１を、処理システム１Ｆに係る他の設備（処理槽２や固液分離部３等）から区画することが可能となる。そして、区画した空間内を減圧するために、図２４に示した減圧手段１０Ｃでは、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂと接続するように減圧装置１０５を設けている。これにより、減圧装置１０５を駆動することで、区画された空間である第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内が減圧される。このとき、電極４３ａ、４３ｂに含まれる気体は、電極４３ａ、４３ｂ外に放出されるため、電極の脱気を行うことができる。
【0208】
減圧装置１０５は、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内の圧力を低減することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、減圧装置１０５としては、減圧ポンプとして知られるもの等が挙げられる。
【0209】
減圧手段１０Ｃとしては、図２４に示す構成に限定されない。例えば、第２のセル４１ｂに供給する電子受容体が気体であり、電極４３ｂにおいて脱気処理が不要である場合、第１のセル側のみに減圧手段１０Ｃを設けるものとしてもよい。このとき、減圧手段１０Ｃとしては、流量調節弁１０４ａ、１０４ｂと、第１のセル４１ａのみに接続されている減圧装置１０５を設けることが挙げられる。これにより、濾液Ｆと接触し、気体を除去する必要のある電極４３ａ側のみ脱気処理を行うことができ、処理システム１Ｆ全体としての簡略化が可能となる。
一方、第１のセル４１ａあるいは第２のセル４１ｂのどちらか片方のみに減圧手段１０Ｃを設け、減圧による脱気処理を行うと、セル間の圧力差により、電極４３ａ、４３ｂやイオン交換体４５の破損が生じるおそれがある。したがって、脱気手段１０として減圧手段１０Ｃを用いる場合、図２４に示すように、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄを設けることで、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂの両方を含むように区画し、区画された空間内を減圧することがより好ましい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの脱気処理を安定して行うことが可能となる。
一方、第１のセル４１ａあるいは第２のセル４１ｂのどちらか片方のみに減圧手段１０Ｃを設け、減圧による脱気処理を行うと、セル間の圧力差により、電極４３ａ、４３ｂやイオン交換体４５の破損が生じるおそれがある。したがって、脱気手段１０として減圧手段１０Ｃを用いる場合、図２４に示すように、流量調節弁１０４ａ～１０４ｄを設けることで、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂの両方を含むように区画し、区画された空間内を減圧することがより好ましい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの脱気処理を安定して行うことが可能となる。
【0210】
また、減圧装置１０５を、第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂに接続する際、新たな配管を設けるものとしてもよく、既設の配管を活用するものとしてもよい。特に、既設の配管を活用することにより、装置構成の簡略化が可能となる。
【0211】
本実施態様の処理システム１Ｆにおける脱気手段１０としては、上記した薬剤添加手段１０Ａ、電気的処理手段１０Ｂ及び減圧手段１０Ｃをそれぞれ単独で行うものに限定されるものではなく、上記手段１０Ａ～１０Ｃを複数組み合わせるものとしてもよい。これにより、電極４３ａ、４３ｂの形態や配設状況等に応じて好適な脱気手段１０を選択して実施することが可能となり、より高い脱気効果が得られる。
【0212】
本実施態様における脱気手段１０による電極の脱気を実施する条件（実施回数や実施時期等）については特に限定されない。例えば、各脱気手段１０（手段１０Ａ～１０Ｃ）は、発電部４に電極を設置する前や設置した後に、１回だけ行うものとしてもよく、複数回繰り返すものとしてもよい。なお、脱気手段１０を繰り返し実施することで、脱気効率を高めることができるが、脱気手段１０の駆動に係るコスト（薬剤コストや電力コスト等）を鑑み、実施の回数を適宜設定することができる。また、脱気手段１０を実施する時期については、例えば、電極の交換時など、新規の電極を使用するタイミングのほか、電極のメンテナンス（洗浄等）後のタイミングなどが挙げられる。
【0213】
また、本実施態様の脱気手段１０により脱気処理が行われた電極４３ａ、４３ｂは、本発明の電極として独立した構成とすることができる。本発明の電極は、脱気手段１０により脱気処理を行われているものであればよく、形態等については特に限定されない。例えば、発電部４外に備えた脱気手段１０により脱気処理を行い、保存容器等に収容されて輸送可能な形態となっているものなどが挙げられる。
本発明の電極は、被処理物に対する嫌気処理を行う処理システム（本実施態様における処理システム１Ｆ）で処理された後の排出物（処理液Ｗ１）を固液分離した濾液Ｆと接触させ、排水処理における一連の処理過程の中で発電を実施するための電極として、電極内部の比表面積が低下するという問題を解決することができるものである。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、処理システムにおける発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
本発明の電極は、被処理物に対する嫌気処理を行う処理システム（本実施態様における処理システム１Ｆ）で処理された後の排出物（処理液Ｗ１）を固液分離した濾液Ｆと接触させ、排水処理における一連の処理過程の中で発電を実施するための電極として、電極内部の比表面積が低下するという問題を解決することができるものである。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、処理システムにおける発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0214】
以上のように、本実施態様の処理システム１Ｆにおいて、電極内部に含まれる気体を除去する脱気手段を備えることにより、電極内部の比表面積が低下するという問題を解決することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
【0215】
また、本実施態様の処理システム１Ｆにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0216】
さらに、本実施態様の電極により、電極内部の比表面積の低下を抑制し、排水処理における一連の処理過程の中で発電を実施する際に、発電及び電気化学処理の効率向上が可能となる。特に、既設の処理システムに対して発電や脱硫処理の機能を付加する際に、本実施態様の電極を用いることで、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電や脱硫処理を高効率で実施することが可能となる。
【0217】
〔第７の実施態様〕
図２５は、本発明の第７の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２６及び図２７は、本発明の第７の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
第７の実施態様に係る処理システム１Ｇは、図２５～図２７に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、第１のセル４１ａから排出される処理水Ｗ２を絶縁するための絶縁機構１１を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２５～図２７においては、処理システム１Ｇの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
図２５は、本発明の第７の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。また、図２６及び図２７は、本発明の第７の実施態様における処理システムの別態様を示す概略説明図である。
第７の実施態様に係る処理システム１Ｇは、図２５～図２７に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、第１のセル４１ａから排出される処理水Ｗ２を絶縁するための絶縁機構１１を設けるものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。また、図２５～図２７においては、処理システム１Ｇの発電部４周辺に係る拡大説明図であり、処理槽２及び固液分離部３に係る構成については図示を省略している。
【0218】
上述したように、電極反応を行う場合、電極反応を行う箇所（発電部４）以外を絶縁することが好ましい。
本実施態様における処理システム１Ｇは、処理水Ｗ２を絶縁する絶縁機構１１を設けるものである。これにより、発電部４で生成した電子が電極４３ａ及び電極４３ｂの間以外に流れることを防ぎ、電極反応効率を向上させるものである。また、この結果、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。なお、本実施態様における処理システム１Ｇは、第１の実施態様に示したような処理システムを構成する構造物（処理槽や配管）に係る絶縁を併せて行うものとしてもよい。これにより、より一層の絶縁効果を得ることができ、発電部４における電極反応効率を向上させることが可能となる。
本実施態様における処理システム１Ｇは、処理水Ｗ２を絶縁する絶縁機構１１を設けるものである。これにより、発電部４で生成した電子が電極４３ａ及び電極４３ｂの間以外に流れることを防ぎ、電極反応効率を向上させるものである。また、この結果、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。なお、本実施態様における処理システム１Ｇは、第１の実施態様に示したような処理システムを構成する構造物（処理槽や配管）に係る絶縁を併せて行うものとしてもよい。これにより、より一層の絶縁効果を得ることができ、発電部４における電極反応効率を向上させることが可能となる。
【0219】
絶縁機構１１は、処理水Ｗ２を絶縁することができるものであればよく、特に限定されない。絶縁機構１１による処理水Ｗ２の絶縁手段としては、例えば、発電部４の電極４３ａと処理水Ｗ２との電気的な接触（液絡）の解消あるいは液絡時間の短縮が挙げられる。このような液絡解消手段又は液絡時間の短縮手段の例としては、処理水Ｗ２の流れを不連続（断続的）とする手段や、処理水Ｗ２に空気などの絶縁体を介在させる手段、あるいはこれらの手段を組み合わせるもの等が挙げられる。
【0220】
図２５は、本実施態様における処理システム１Ｇの絶縁機構１１を示す概略説明図である。
図２５に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、貯留槽１１１と、処理水Ｗ２を貯留槽１１１内に散水する散水手段１１２を備えている。
図２５に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、貯留槽１１１と、処理水Ｗ２を貯留槽１１１内に散水する散水手段１１２を備えている。
【0221】
貯留槽１１１は、発電部４から排出配管Ｌ５を介して排出された処理水Ｗ２を貯留するものである。貯留槽１１１は、処理水Ｗ２を貯留可能な槽であればよく、特に限定されない。なお、貯留槽１１１内に存在する空気が処理水Ｗ２に対する絶縁体として機能するため、貯留槽１１１内における水位が最大（満水状態）とならないよう、貯留槽１１１内の水位の調節を行うことが好ましい。これにより、処理水Ｗ２の絶縁効果をより一層高めることが可能となる。
【0222】
散水手段１１２は、処理水Ｗ２を水滴状にして放出するものである。散水手段１１２によって放出された処理水Ｗ２の水滴間には、貯留槽１１１内の空気が絶縁体として介在するため、液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となるものである。
なお、散水手段１１２としては、処理水Ｗ２を水滴状にすることができるものであればよく、特に限定されない。散水手段１１２の具体的な例としては、例えば、図２５に示すように、排出配管Ｌ５の排出口に接続し、かつシャワーヘッドのように複数の孔を有する構造物を設けることが挙げられる。また、散水手段１１２の他の例としては、排出配管Ｌ５の排出口に対向し、かつ所定距離だけ離間した平皿状の構造物を貯留槽１１１内に設けることなどが挙げられる。
なお、散水手段１１２としては、処理水Ｗ２を水滴状にすることができるものであればよく、特に限定されない。散水手段１１２の具体的な例としては、例えば、図２５に示すように、排出配管Ｌ５の排出口に接続し、かつシャワーヘッドのように複数の孔を有する構造物を設けることが挙げられる。また、散水手段１１２の他の例としては、排出配管Ｌ５の排出口に対向し、かつ所定距離だけ離間した平皿状の構造物を貯留槽１１１内に設けることなどが挙げられる。
【0223】
図２６は、本実施態様における処理システム１Ｇの絶縁機構１１の別態様を示す概略説明図である。
図２６に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、貯留槽１１３と、貯留槽１１３内の処理水Ｗ２を断続的に放出する放水手段１１４を備えている。
図２６に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、貯留槽１１３と、貯留槽１１３内の処理水Ｗ２を断続的に放出する放水手段１１４を備えている。
【0224】
貯留槽１１３は、発電部４から排出配管Ｌ５を介して排出された処理水Ｗ２を貯留するものである。貯留槽１１３は、処理水Ｗ２を貯留可能な槽であればよく、特に限定されない。
放水手段１１４は、貯留槽１１３内の処理水Ｗ２を断続的に放出することができるものであればよく、特に限定されない。放水手段１１４としては、貯留槽１１３から処理水Ｗ２を放出する放水配管１１５に電磁弁１１４ａを設け、電磁弁１１４ａを定期的に開閉することが挙げられる。これにより、貯留槽１１３から放水配管１１５を介して放出される処理水Ｗ２の流れが断続的となるため、処理水Ｗ２の液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となる。
放水手段１１４は、貯留槽１１３内の処理水Ｗ２を断続的に放出することができるものであればよく、特に限定されない。放水手段１１４としては、貯留槽１１３から処理水Ｗ２を放出する放水配管１１５に電磁弁１１４ａを設け、電磁弁１１４ａを定期的に開閉することが挙げられる。これにより、貯留槽１１３から放水配管１１５を介して放出される処理水Ｗ２の流れが断続的となるため、処理水Ｗ２の液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となる。
【0225】
図２７は、本実施態様における処理システム１Ｇの絶縁機構１１の別態様を示す概略説明図である。
図２７に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、排出配管Ｌ５上に、排出配管Ｌ５の管径の一部を狭くするための管径縮小手段１１６と、管径縮小手段１１６の上流側から排出配管Ｌ５内に気体を供給する気体供給手段１１７を備えている。
図２７に示すように、本実施態様における絶縁機構１１は、排出配管Ｌ５上に、排出配管Ｌ５の管径の一部を狭くするための管径縮小手段１１６と、管径縮小手段１１６の上流側から排出配管Ｌ５内に気体を供給する気体供給手段１１７を備えている。
【0226】
管径縮小手段１１６は、排出配管Ｌ５の管径を一部狭くすることができるものであればよく、特に限定されない。管径縮小手段１１６としては、例えば、排出配管Ｌ５内に管径を狭くする構造物を設けるもの、排出配管Ｌ５の外側から構造物を挿入するもの、排出配管Ｌ５の外側から押圧することで排出配管Ｌ５自体を変形させること等が挙げられる。
気体供給手段１１７は、管径縮小手段１１６の上流側から排出配管Ｌ５内に気体を供給することができるものであればよく、特に限定されない。気体供給手段１１７としては、空気に圧力をかけて送風するポンプ等を用い、排出配管Ｌ５内に空気を供給するものが挙げられる。なお、気体供給手段１１７により供給する気体は、空気に限定されるものではない。例えば、空気以外に、処理槽２で発生するバイオガスやバイオガス燃焼後の排出ガスを用いることが挙げられる。
気体供給手段１１７は、管径縮小手段１１６の上流側から排出配管Ｌ５内に気体を供給することができるものであればよく、特に限定されない。気体供給手段１１７としては、空気に圧力をかけて送風するポンプ等を用い、排出配管Ｌ５内に空気を供給するものが挙げられる。なお、気体供給手段１１７により供給する気体は、空気に限定されるものではない。例えば、空気以外に、処理槽２で発生するバイオガスやバイオガス燃焼後の排出ガスを用いることが挙げられる。
【0227】
気体供給手段１１７により、管径縮小手段１１６の上流側から気体（空気）を供給することで、管径縮小手段１１６により狭くなった箇所では断続的に気体のみが流入し、排出配管Ｌ５内の処理水Ｗ２の流れを不連続とすることが可能となる。これにより、排出配管Ｌ５内の処理水Ｗ２の液絡の解消又は液絡時間の短縮が可能となるものである。
【0228】
以上のように、本実施態様における処理システム１Ｇは、処理水Ｗ２を絶縁する絶縁機構１１を設けることで、発電部４と処理水Ｗ２における液絡解消あるいは液絡時間の短縮が可能となる。これにより、発電部４で生成した電子が電極４３ａ及び電極４３ｂの間以外に流れて電気化学反応（電極反応）効率が低下することを防ぎ、発電効率及び脱硫処理効率を向上させることができる。
【0229】
また、本実施態様の処理システム１Ｇにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0230】
〔第８の実施態様〕
図２８は、本発明の第８の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第８の実施態様に係る処理システム１Ｈは、図２８に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、発電部４の排出配管Ｌ５から排出された処理水Ｗ２を処理する曝気槽１２を設け、曝気槽１２と発電部４の第２のセル４１ｂに設けられた電子受容体供給口４４ａとを接続配管Ｌ８で接続するものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
図２８は、本発明の第８の実施態様における処理システムを示す概略説明図である。
第８の実施態様に係る処理システム１Ｈは、図２８に示すように、第１の実施態様に係る処理システム１Ａにおいて、発電部４の排出配管Ｌ５から排出された処理水Ｗ２を処理する曝気槽１２を設け、曝気槽１２と発電部４の第２のセル４１ｂに設けられた電子受容体供給口４４ａとを接続配管Ｌ８で接続するものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
【0231】
本実施態様における処理システム１Ｈは、曝気槽１２内の処理水Ｗ２を発電部４に供給して、発電部４における電子受容体として用いるものである。なお、接続配管Ｌ８により発電部４に供給されるもの以外の処理水Ｗ２については、系外へ排出する。
【0232】
曝気槽１２は、曝気装置１２ａにより、槽内に導入された処理水Ｗ２に対し、酸素を含む気体（酸素、空気など）の曝気を行い、好気性微生物による好気処理や溶存酸素による酸化反応を進行させるものである。
【0233】
曝気装置１２ａは、酸素を含む気体を曝気槽１２内の処理水Ｗ２に供給することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、曝気処理において広く用いられているものとして、ブロワーと曝気管の組み合わせからなるもの等が挙げられる。
【0234】
曝気槽１２内には、曝気装置１２ａにより酸素を含む気体が導入されるため、曝気槽１２内の処理水Ｗ２は、溶存酸素を含む液体となっている。したがって、接続配管Ｌ８を介して発電部４の第２のセル４１ｂ内に導入した処理水Ｗ２は、発電部４における電子受容体となる。これにより、処理システム１Ｈ内における処理工程で発生するものを有効活用した発電を行うことができる。
【0235】
発電部４において電子受容体として用いられた後の処理水Ｗ２は、電子受容体排出口４４ｂから排出される。このとき、排出された処理水Ｗ２は河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出された処理水Ｗ２を曝気槽１２に返送し、再度曝気処理を行うものとしてもよい。これにより、系外へ放流する処理水Ｗ２の水質制御をより確実に行うことが可能となる。
【0236】
また、本実施態様の処理システムにおける曝気槽内の処理水Ｗ２を、上述した接触効率向上手段５に活用するものとしてもよい。例えば、接触効率向上手段５としては、第３の実施態様に示した移動速度制御手段６あるいは第４の実施態様に示した洗浄手段８である溶解手段８Ｂを適用することが挙げられる。より具体的には、例えば、曝気槽１２内の処理水Ｗ２を、接続配管Ｌ８を介して第１のセル４１ａに導入することが挙げられる。このとき、処理水Ｗ２は、移動速度制御手段６における流体として機能する。また、後述するように、処理水Ｗ２には微生物が含まれているため、処理水Ｗ２中の微生物が、溶解手段８Ｂにおける堆積物を溶解させる薬剤の代わりとして機能する。
【0237】
式１及び式２に示したように、電極４３ａの表面には析出した硫黄が堆積物となって堆積している。一方、曝気槽１２内では好気条件下において硫黄を亜硫酸イオンに酸化する好気性微生物が存在している（式４）。
【数4】
【0238】
したがって、曝気槽１２内の処理水Ｗ２を電極４３ａ側に導入することで、電極４３ａ表面の硫黄が溶解して電極４３ａの表面が洗浄される。
また、洗浄手段８として、電極４３ａを発電部４から取り出し、曝気槽１２内に浸漬するものとしてもよい。これにより、濾液Ｆ中の還元性物質による発電及び脱硫処理手段と電極の洗浄手段８を兼用させ、電極の洗浄に係る付帯設備を削減することができ、ランニングコストを大幅に低減することが可能となる。
また、洗浄手段８として、電極４３ａを発電部４から取り出し、曝気槽１２内に浸漬するものとしてもよい。これにより、濾液Ｆ中の還元性物質による発電及び脱硫処理手段と電極の洗浄手段８を兼用させ、電極の洗浄に係る付帯設備を削減することができ、ランニングコストを大幅に低減することが可能となる。
【0239】
また、本実施態様の処理システム１Ｈは、曝気槽１２内の処理水Ｗ２を発電部４に導入するため、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面には、主に微生物からなる堆積物が堆積しやすい状態となっている。したがって、上記した溶解手段８Ｂに加え、剥離手段８Ａ、分散手段８Ｃ及び周辺環境変化手段８Ｄのいずれかを更に備え、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面に堆積した微生物を引き剥がすものとすることが好ましい。これにより、電極４３ａ及び電極４３ｂの表面の洗浄効率を向上させることが可能となる。
【0240】
以上のように、本実施態様における処理システム１Ｈは、処理システム１Ｈ内で進行する処理工程で生じたものを、発電部４における電子供与体及び電子受容体として利用することができ、発電及び脱硫処理に係るランニングコストを低減させることが可能となる。
【0241】
また、本実施態様の処理システム１Ｈにおいては、第１の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。
【0242】
なお、上述した実施態様は、処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法の一例を示すものである。本発明に係る処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る処理システム、発電装置、脱硫処理装置、発電方法及び脱硫方法を変形してもよい。
【0243】
例えば、本実施態様の処理システムは、上述した接触効率向上手段（移動速度制御手段、濃度制御手段、洗浄手段）、排ガス供給手段、脱気手段、絶縁機構、曝気槽のいずれか一つ以上を選択し、複数の構成を組み合わせて備えるものとしてもよい。これにより、電極反応の効率向上に係る効果を高めることが可能となる。
【0244】
また、例えば、本実施態様における処理システムは、複数の発電部（発電装置）を備えるものとしてもよい。これにより、処理システム内での処理を有効活用した電極反応を複数箇所で行うことが可能となるとともに、濾液の処理効率と電極反応効率の両方を向上させることが可能となる。
【0245】
また、例えば、本実施態様における処理システムは、電極４３ｂを曝気槽１２内に設け、曝気槽１２が発電部４の第２のセル４１ｂとして機能するものとしてもよい。これにより、発電部４と曝気槽１２を一体化し、設備をより一層小型化することが可能となる。
【0246】
また、例えば、本実施態様における処理システムは、電極４３ａ及び電極４３ｂに対して微生物の付着、堆積を防ぐような手段を設けるものとしてもよい。このような手段としては、例えば、電極表面を微生物の付着を防ぐ材質でコーティングすることや、電極の構造そのものが微生物の付着を困難にするような形状となっているものとすること等が挙げられる。これにより、発電部４の第１のセル４１ａ及び第２のセル４１ｂ内に微生物が流入した際においても、電極４３ａ及び電極４３ｂでの電極反応に対する微生物による阻害を抑制することが可能となる。
【0247】
さらに、例えば、本実施態様における処理システムは、一部の構造を省略し、装置構成をより簡略化するものとしてもよい。
省略可能な構造としては、例えば、イオン交換体４５が挙げられる。これにより、発電部４（発電装置・脱硫処理装置）の簡略化が可能となるとともに、メンテナンス作業が容易となる。
また、省略可能な構造の他の例としては、第２のセル４１ｂにおける電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂが挙げられる。これにより、発電部４（発電装置・脱硫処理装置）をより簡略化することが可能となる。このとき、電極４３ｂの一面が濾液Ｆ又はイオン交換体４５に接触し、もう一方の面が全体的に外気（空気）に直接接触する構造とすること等が挙げられる。さらに、外気側の電極４３ｂ表面に交換又は洗浄容易な通気性素材を設けることが好ましい。これにより、塵などの固体不純物が電極４３ｂ表面に付着することを抑制することができる。
省略可能な構造としては、例えば、イオン交換体４５が挙げられる。これにより、発電部４（発電装置・脱硫処理装置）の簡略化が可能となるとともに、メンテナンス作業が容易となる。
また、省略可能な構造の他の例としては、第２のセル４１ｂにおける電子受容体供給口４４ａ及び電子受容体排出口４４ｂが挙げられる。これにより、発電部４（発電装置・脱硫処理装置）をより簡略化することが可能となる。このとき、電極４３ｂの一面が濾液Ｆ又はイオン交換体４５に接触し、もう一方の面が全体的に外気（空気）に直接接触する構造とすること等が挙げられる。さらに、外気側の電極４３ｂ表面に交換又は洗浄容易な通気性素材を設けることが好ましい。これにより、塵などの固体不純物が電極４３ｂ表面に付着することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【0248】
本発明の処理システム、発電方法及び脱硫方法は、被処理物の嫌気処理に利用される。特に、被処理物を嫌気処理した後の排出物中に還元性物質が含有される嫌気処理において好適に利用されるものである。
【0249】
本発明の発電装置は、既設の処理システムに適用することにより、処理システム全体を大規模に更新することなく、本発明の処理システム及び発電方法を提供することができる。
また、本発明の脱硫処理装置は、既設の処理システムに適用することにより、処理システム全体を大規模に更新することなく、本発明の処理システム及び脱硫方法を提供することができる。
また、本発明の脱硫処理装置は、既設の処理システムに適用することにより、処理システム全体を大規模に更新することなく、本発明の処理システム及び脱硫方法を提供することができる。
【符号の説明】
【0250】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ 処理システム、２ 処理槽、３ 固液分離部、４ 発電部、４１ａ 第１のセル、４１ｂ 第２のセル、４２ａ 導入口、４２ｂ 排出口、４３ａ，４３ｂ 電極、４４ａ 電子受容体供給口、４４ｂ 電子受容体排出口、４５ イオン交換体、４６ 貯蔵部、４７ 循環流路、５ 接触効率向上手段、６ 移動速度制御手段、６１ａ，６１ｂ 流体供給口、６２ 流体供給手段、６３ 回収手段、６４ａ，６４ｂ 流体排出口、６５ 気液分離部、６６ 温度制御手段、６７ 既設の熱交換設備、６８ａ，６８ｂ，６９ａ，６９ｂ 配管、７ 濃度制御手段、７１ａ，７１ｂ 電極反応成分添加口、７２ 電極反応成分添加手段、７３ 吸着材、７４ ｐＨ制御手段、７５ 貯留部、７６ 添加部、７７ ｐＨ検出部、８ 洗浄手段、８Ａ 剥離手段、８Ｂ 溶解手段、８Ｃ 分散手段、８Ｄ 周辺環境変化手段、８１ａ，８１ｂ 流体供給口、８２ 流体供給手段、８３ 制御部、８４ａ，８４ｂ 薬剤添加口、８５ 薬剤添加手段、８６ａ，８６ｂ 薬剤添加口、８７ 薬剤添加手段、８８ａ，８８ｂ 添加物供給口、８９ 添加物供給手段、９ 排ガス供給手段、９１ 排ガス供給口、９２ 配管、９３ 温度調整機構、１０ 脱気手段、１０Ａ 薬剤添加手段、１０Ｂ 電気的処理手段、１０Ｃ 減圧手段、１０１ａ，１０１ｂ 薬剤供給口、１０２ 薬剤供給手段、１０３ 電圧・電流制御装置、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ 流量調節弁、１０５ 減圧装置、１１ 絶縁機構、１１１，１１３ 貯留槽、１１２ 散水手段、１１４ 放水手段、１１４ａ 電磁弁、１１５ 放水配管、１１６ 管径縮小手段、１１７ 気体供給手段、１２ 曝気槽、１２ａ 曝気装置、Ｌ１，Ｌ３ 導入配管、Ｌ２，Ｌ６，Ｌ８ 接続配管、Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７ 排出配管、Ｆ 濾液、Ｓ 被処理物、Ｗ１ 処理液、Ｗ２ 処理水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
