CN102257666B

CN102257666B - 微生物发电方法和微生物发电装置

Info

Publication number: CN102257666B
Application number: CN200980150669.6A
Authority: CN
Inventors: 深瀬哲朗; 织田信博; 小松和也
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: WO2010073907A1; JP2010153115A; CN102257666A; KR101697144B1; US9337507B2; TW201034283A; TWI472091B; EP2372826A4; US9209475B2; EP2372826A1; US20110256427A1; JP5428328B2; US20150255822A1; KR20110106293A

Abstract

本发明的目的在于用简易且廉价的手段来提高微生物发电装置的发电效率。通过在槽体(30)内，互相平行地设置2片板状的阳离子交换膜(31、31)，在该阳离子交换膜(31、31)之间形成负极室(32)，该负极室(32)分别隔着该阳离子交换膜(31)而形成2个正极室(33、33)。在正极室(33)内流通含氧气体，向负极室供给负极溶液L，优选使负极溶液循环。作为供给至正极室(33)的含氧气体使用生物处理废气。以生物处理废气中的气态二氧化碳促进Na⁺、K⁺离子的移动，同时利用水蒸气提高离子渗透性，由此可以提高发电效率。

Description

微生物发电方法和微生物发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用微生物的代谢反应的发电方法和装置。本发明特别涉及将微生物氧化分解有机物时所得到的还原力以电能的形式取出的微生物发电方法及其装置。

背景技术

近年来，对于考虑地球环境的发电方法的需求提高，微生物发电的技术开发也正在进行。微生物发电是通过取出微生物利用有机物时所得到的电能而发电的方法。

一般而言，在微生物发电时，使微生物、微生物所利用的有机物和电子传递介质(电子介体)共存于配置有负极的负极室内。电子介体进入微生物体内，接受微生物氧化有机物所产生的电子，交给负极。负极通过外部电阻(负荷)与正极进行电传导，负极所接受的电子通过外部电阻(负荷)移动至正极，交给与正极连接的电子受体。通过这样的电子的移动，电流在正极和负极之间流通。

在微生物发电时，因为电子介体从微生物体直接取出电子，所以理论上的能量变换效率高。但是，实际的能量变换效率低，而期望发电效率得到提高。因此，为了提高发电效率，正在进行关于电极的材料和构造、电子介体的种类及微生物种的选择等各式各样的研究和开发(例如专利文献1、专利文献2)。

在专利文献1中记载了，将正极室和负极室以由固体电解质构成的碱离子导电体隔开，用磷酸缓冲液(缓冲液)使正极室内和负极室内pH为7，向正极室内的磷酸缓冲液(负极液)吹入空气以进行发电。

在专利文献2中记载了，设置多孔质体作为正极板，以使其连接于区分正极室和负极室的电解质膜，并在正极室内流通空气，在多孔质体的空隙中使空气与液体接触。以下，有时将如此在正极室内流通空气，而利用空气中的氧气作为电子受体的正极称作“空气负极”。

如果是使用空气负极的微生物发电装置，则具有这样的优点：不需要负极液，并且只要在正极室内仅流通空气即可，而不需要向负极液中进行曝气。

以往，为了提高使用空气负极的微生物发电装置中的发电效率，进行了关于

1)负极的介体(例如专利文献3)

2)负极室的pH调整

3)正极催化剂的种类和催化剂活性成分的负载方法

4)正极的形状等的研究。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-133326号公报

专利文献2：日本特开2004-342412号公报

专利文献3：日本特开2006-331706号公报

发明内容

发明要解决的问题

在以往的微生物发电装置中，发电效率小，为每1m³负极50～150W/m³，而期望进一步提高发电效率。

本发明的目的在于提供一种微生物发电方法及微生物发电装置，所述微生物发电方法可以用简易且廉价的手段来提高微生物发电装置的发电效率。

用于解决问题的手段

第1方式的微生物发电方法是在具备负极室和正极室的微生物发电装置的该正极室内供给含氧气体而进行发电的微生物发电方法，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室被相对于该负极室为离子渗透性的非导电性膜隔开，并具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，该含氧气体含有生物处理废气。

第2方式的微生物发电方法的特征在于，在第1方式中，将需氧生物处理废气作为该含氧气体供给至正极室。

第3方式的微生物发电方法的特征在于，在第1方式中，将空气和厌氧生物处理废气作为该含氧气体供给至该正极室。

第4方式的微生物发电方法是在具备负极室和正极室的微生物发电装置的该正极室内供给含氧气体而进行发电的微生物发电方法，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室被相对于该负极室为离子渗透性的非导电性膜隔开，并具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，向供给至该正极室的含氧气体中导入气态二氧化碳和水蒸气。

第5方式的微生物发电方法的特征在于，在第4方式中，将空气通入水槽进行曝气后，与气态二氧化碳一同导入该正极室。

第6方式的微生物发电装置是具备负极室、正极室和向该正极室供给含氧气体的手段的微生物发电装置，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室被相对于该负极室为离子渗透性的非导电性膜隔开，并具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，在该微生物发电装置中，设置有向正极室导入生物处理废气的手段。

第7方式的微生物发电装置的特征在于，在第6方式中，该微生物发电装置具有向该正极室导入需氧生物处理废气的手段。

第8方式的微生物发电装置的特征在于，在第6方式中，该微生物发电装置具有向该正极室导入空气和厌氧生物处理废气的手段。

第9方式的微生物发电装置是具备负极室、正极室和向该正极室供给含氧气体的手段的微生物发电装置，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室被相对于该负极室为离子渗透性的非导电性膜隔开，并具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，该微生物发电装置中设置有向供给至正极室的含氧气体中导入气态二氧化碳和水蒸气的手段。

第10方式的微生物发电装置的特征在于，在第9方式中，向被供给至该正极室的含氧气体中导入气态二氧化碳和水蒸气的手段是将空气通入水槽进行曝气后与气态二氧化碳一同导入该正极室的手段。

发明效果

在本发明中，用向正极室导入生物处理废气这样简易且廉价的手段，可以提高微生物发电装置的发电效率。

即，本发明人为了提高微生物发电装置的发电效率进行了深入的研究，结果发现，若向供给至正极室的含氧气体中导入酸性气体，则通过由酸性气体引发的离子渗透性非导电性膜的pH中和作用可以促进Na⁺、K⁺离子的移动，由此可以提高发电效率，并且已经申请了专利(日本专利申请2008-280104；以下称作“在先申请”。)。作为该酸性气体，优选使用气态二氧化碳，这是因为所述气态二氧化碳廉价且安全性高，也没有设备腐蚀的问题等。

另外，基于该在先申请的发明，进行了进一步的研究，结果发现，通过向供给至正极室的含氧气体中进一步导入水蒸气，可以进一步提高发电效率。

利用该水蒸气来提高发电效率的效果的作用机理的详细虽不明了，但推定是水蒸气促进了离子渗透性非导电性膜的离子渗透。即，众所周知，离子交换膜等离子渗透性非导电性膜根据含水率离子渗透性而发生变化，若水分量少，则离子渗透性会降低。特别是，在使用阴离子交换膜作为离子渗透性非导电性膜的情况下，可以认为，为了在生物发电时使离子渗透，需要在正极中解离水，因此向正极室供给一定量的水不仅对离子的渗透起有效的作用，而且对氢氧离子的生成也起有效的作用。因此，为了在该正极中解离水，向正极室导入水蒸气是有效的。

第4、5方式及第9、10方式的发明是基于这样的见解而实现的。

如此，若向供给至正极室的含氧气体中导入气态二氧化碳和水蒸气，则可以大幅提高发电效率，但通常在实施生物发电的现场(废水处理场、厨房垃圾处理场等)中没有气态二氧化碳供给源，而且，液体气态二氧化碳等价格高，因此在经济上不利。另外，水蒸气供给所需的加湿也很费工夫。

与此相对，活性污泥法生物处理废气等生物处理废气含有充分的氧，并且含有通过废水处理生成的气态二氧化碳，因此气态二氧化碳浓度高，而且是高湿度且含有充分量的水蒸气。

特别是，活性污泥曝气槽在pH为中性至弱酸性的条件下运转的情况下，废气的气态二氧化碳浓度变高，适合作为供给至正极室的气体。

另外，近年来，若使用以节能为目的而被广泛适用的微细气泡散气管等氧溶解效率高的散气装置，则废气中的气态二氧化碳浓度变高，因此更优选使用氧溶解效率高的散气装置。

另一方面，虽然厌氧生物处理废气不含有氧，但气态二氧化碳浓度高，而且是高湿度且水蒸气量也高。因此，即使是厌氧生物处理废气，也与空气等含氧气体混合使用，由此可有效用作正极室供给气体。

于是，在实施以废水和有机性废弃物作为能量源的生物发电的现场，排出生物处理废气的生物处理设备在大部分的情况下被附设于临近生物发电设备的位置，因此在气体的输送这样的方面也是有利的。

第1方式～第3方式及第6方式～第8方式的发明是基于这样的见解而实现的。

附图简易说明

图1是本发明的一实施方式的微生物发电装置的截面模式图。

图2是本发明的一实施方式的微生物发电装置的截面模式图。

符号说明

1，30 槽体

2，31 离子渗透性非导电性膜

3，33 正极室

4，32 负极室

5，35 正极

6，34 负极

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的微生物发电方法及微生物发电装置的实施方式。

第2图是表示本发明的微生物发电方法及装置的概略构成的模式的截面图。

在第2图的微生物发电装置中，层体1内被离子渗透性非导电性膜2区分成正极室3和负极室4。在正极室3内，配置有正极5，以使其连接于离子渗透性非导电性膜2。

在负极室4内，配置有由导电性多孔质材料构成的负极6。该负极6直接或者隔着1～2层左右的微生物的膜连接于离子渗透性非导电性膜2，离子渗透性非导电性膜2如果是阳离子渗透膜，则可以将质子(H⁺)从负极6交接到离子渗透性非导电性膜2。

正极室3内为空室，从气体流入口7导入含氧气体(在本实施例中，需氧生物处理废气)，从气体流出口8经排出配管25流出废气。

如后所述，作为区分正极室3和负极室4的离子渗透性非导电性膜2，以阳离子渗透膜为宜，但也可为其他膜。

在由多孔质材料构成的负极6上负载有微生物。在负极室4中从流入口4a导入负极溶液L，从流出口4b排出废液。另外，负极室4内设为厌氧性。

负极室4内的负极溶液L可通过循环出口9、循环配管10、循环用泵11及循环进口12进行循环。在该循环配管10中，设置测定从负极室4流出来的液体的pH的pH计14，同时连接氢氧化钠水溶液等碱添加用配管13，根据需要添加碱以使负极溶液L的pH为7～9。

在正极室3内生成的凝结水可从没有图示的凝结水流出口排出。

通过在正极5和负极6之间产生的电动势，电流通过端子20、22向外部电阻21流通。

向正极室3通入含有氧、气态二氧化碳和水蒸气的需氧生物处理废气，并且根据需要启动泵11使负极溶液L循环，由此在负极室4内，进行

(有机物)+H₂O→CO₂+H⁺+e^-的反应。该电子e^-经负极6、端子22、外部电阻21、端子20流向正极5。

在上述反应中所生成的质子H⁺通过离子渗透性非导电性膜5A的阳离子渗透膜移动至正极5。在正极5中，进行

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

的反应。在该正极反应中所生成的H₂O发生凝结而产生凝结水。在该凝结水中，溶入有透过离子渗透性非导电性膜2的阳离子渗透膜而来的K⁺、Na⁺等，因此在以含氧气体形式通入空气的以往的微生物发电装置中，凝结水是pH9.5～12.5左右的高碱性，但在本发明中因为通入含有气态二氧化碳的生物处理废气，所以通过由气态二氧化碳引发的中和作用该凝结水的pH为7.5～9左右。

即，作为离子渗透性非导电性膜2例如使用阳离子渗透膜的情况下，在负极6生成的电子经端子22、外部电阻21、端子20流向正极5，另一方面，导入负极6的负极溶液L中的Na⁺、K⁺与质子一同透过离子渗透性非导电性膜2的阳离子渗透膜移动至正极室3。此时推测为，通过通入正极室3的气体含有气态二氧化碳，产生pH中和作用，从而促进了Na⁺、K⁺的移动，因此可以谋求发电效率的提高。

另外，在该离子渗透性非导电性膜5A中透过质子H⁺和K⁺、Na⁺时，通过向正极室3导入充分量的水蒸气，可以提高离子渗透性非导电性膜5A的离子渗透性，也可以促进这些离子的移动，可以谋求发电效率的进一步的提高。

在负极室4中，通过由微生物所引起的水的分解而产生CO₂，由此pH会降低。因此，向负极溶液L添加碱，以使得pH计14的测出pH优选为7～9。该碱可以直接添加到负极室6中，但也可以添加到循环水中，从而可以将负极室6内整个区域在没有局部性偏颇的情况下pH保持为7～9。

第1图是本发明的特别优选的方式的微生物发电装置的概略截面图。

在第1图的微生物发电装置中，通过在略呈立方体形状的槽体30内互相平行地设置2片板状的离子渗透性非导电性膜31、31，在该离子渗透性非导电性膜31、31之间形成负极室32，该负极室32分别隔着该离子渗透性非导电性膜31形成2个正极室33、33。

在负极室32内，配置有由多孔质材料构成的负极34，以使其直接或隔着1层～2层左右的生物膜连接于各离子渗透性非导电性膜31。优选的是，以相对于离子渗透性非导电性膜31、31轻的压力，例如以0.1kg/cm²以下的压力压贴负极34。

在正极室33内，设置有正极35，其与离子渗透性非导电性膜31连接。该正极35被衬垫36推进从而被压贴于离子渗透性非导电性膜3 1。为了提高正极35和离子渗透性非导电性膜3 1的密合性，可以熔接两者，也可以使用粘合剂来粘合。

在正极35和槽体30的侧壁之间，形成了作为含氧气体被导入的生物处理废气的流通空间。

该正极35和负极34通过端子37、39连接至外部电阻38。

在负极室32中，可以从流入口32a导入负极溶液L，从流出口32b流出废液。负极室32内设为厌氧性。

负极室32内的负极溶液可通过循环出口41、循环配管42、循环用泵43及循环进口44进行循环。在各正极室33中，来自配管62的含氧气体从气体流入口51流入，废气从气体流出口52经配管63流出。在本实施例中，作为含氧气体，使用需氧生物处理废气。

在负极溶液的循环配管42中，设置pH计47，同时连接碱添加用配管45。使用pH计47检测从负极室32流出的负极溶液的pH，添加氢氧化钠水溶液等碱，以使该pH优选为7～9。

在该第1图的微生物发电装置中，也可通过在正极室33内流通含有氧、气态二氧化碳和水蒸气的需氧生物处理废气，在负极室32内流通负极溶液，优选使负极溶液循环，从而在正极35和负极34之间产生电位差，电流向外部电阻38流通。

接着，除了该微生物发电装置的微生物、负极溶液等以外，对生物处理废气、离子渗透性非导电性膜、负极和正极的适合的材料等进行说明。

对通过含有在负极溶液L中从而产生电能的微生物没有特别限制，只要是具有起电子供体的功能的微生物就可。可以举出例如属于酵母属、汉逊酵母属、假丝酵母属、微球菌属、葡萄球菌属、链球菌属、明串珠菌属、乳酸杆菌属、棒状杆菌属、节杆菌属、杆菌属、梭菌属、奈瑟菌属、埃希氏菌属、肠杆菌属、沙雷氏菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、醋杆菌属、莫拉氏菌属、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属、硫杆菌属、葡糖杆菌属、假单胞菌属、黄单孢菌属、弧菌属、丛毛单胞菌属以及变形杆菌属(普通变形杆菌)的各属的细菌、线状菌、酵母等。将以含有这样的微生物的污泥的形式从处理污水等含有机物水的生物处理槽得到的活性污泥、来自污水的最初沉淀池的流出水中所含有的微生物、厌氧消化污泥等作为接种物供给至负极室，可以使微生物保持在负极。为了提高发电效率，优选在负极室内所保持的微生物量为高浓度，例如微生物浓度优选为1～50g/L。

作为负极溶液L，可以使用保持微生物或细胞且具有发电需要的组成的溶液。例如，在进行呼吸系统的发电时，作为负极侧的溶液，可以利用肉汤培养基、M9培养基、L培养基、麦芽提取物、MY培养基、硝化菌选择培养基等具有进行呼吸系统的代谢所必需的能量源和营养素等组成的培养基。另外，可以使用污水、有机性工业排水、厨房垃圾等有机性废弃物。

在负极溶液L中，为了使来自微生物或细胞的电子的抽出更容易，可以含有电子介体。作为该电子介体，可以举出例如硫堇、二甲基二磺化硫堇、新亚甲基蓝、甲苯胺蓝-O等具有硫堇骨架的化合物；2-羟基-1，4萘醌等具有2-羟基-1，4萘醌骨架的化合物；亮甲酚蓝、棓花青、试卤灵、茜素亮蓝、酚噻嗪、吩嗪乙基硫酸盐、番红花红-O、二氯酚靛酚、二茂铁、苯醌、酞菁或苄基紫精以及这些化合物的衍生物等。

进而，在将增大微生物的发电功能的材料，例如维他命C这类抗氧化剂和仅对微生物中的特定电子传递系统和物质传递系统有作用的功能增大材料溶解时，可以有效地获得电力，所以优选。

负极溶液L可根据需要含有磷酸缓冲液。

负极溶液L是含有有机物的溶液。作为该有机物，只要是通过微生物可以分解的有机物就没有特别限制，可使用例如水溶性的有机物、分散在水中的有机物微粒等。负极溶液也可以是污水、食品工厂排水等有机性废水。为了提高发电效率，负极溶液L中的有机物浓度优选100～10000mg/L左右的高浓度。

如前述，作为在正极室流通的生物处理废气，可以是含有氧、气态二氧化碳和水蒸气的需氧生物处理废气，也可以是含有气态二氧化碳和水蒸气的厌氧生物处理废气。在使用厌氧生物处理废气作为生物处理废气情况下，只要将该生物处理废气和空气等含氧气体以适当的比例，例如，以厌氧生物处理废气∶空气＝1∶0.5～500(容量比)混合后供给即可。另外，也可以混合需氧生物处理废气来代替该空气。

对生物处理废气的来源没有特别限制，除活性污泥法的废气之外，只要是通过固体床、流动床、硝化、脱氮、堆肥等各种生物处理排出的、气态二氧化碳浓度比空气高的废气就可以使用任何废气，也可以混合使用这些生物处理废气的2种以上。

如前述，来自在pH中性～弱酸性的条件下运转的活性污泥曝气槽的废气的气态二氧化碳浓度高，因此优选该废气。另外，近年来，以节能为目的而被广泛适用的微细气泡散气管等氧溶解效率高的散气装置的曝气槽的废气的气态二氧化碳浓度也高，因此优选该废气。

需要说明的是，这些生物处理废气的组成因为其发生地点复杂不能一概而论，但通常，在需氧生物处理废气中，O₂浓度：15～19容量％、CO₂浓度：1～5容量％、湿度95～100％左右；在厌氧生物处理废气中，CO₂浓度：20～40容量％、湿度95～100％左右。

如前述，在向正极室供给空气等含氧气体的微生物发电装置中，通过对该含氧气体进一步供给气态二氧化碳和水蒸气，也可以实施本发明。例如，通过向作为含氧气体的空气中按照以流量比计为空气∶气态二氧化碳＝100∶0.1～20左右的比例导入气态二氧化碳，同时吹入水蒸气，可以实施该方法，但对于水蒸气的供给而言，除注入水蒸气外，也可以通过将供给至正极室的气体通入水槽进行曝气，以该温度下的饱和蒸气压的形式来供给。

需要说明的是，来自正极室的废气可根据需要进行脱氧处理后通入负极室，而用于清除来自负极溶液L的溶解氧。

作为离子渗透性非导电性膜，只要是非导电性且具有离子渗透性的阳离子渗透膜或阴离子渗透膜等离子渗透膜即可，可以使用各种离子交换膜和反渗透膜等。作为离子交换膜，可以适合使用质子选择性高的阳离子交换膜或阴离子交换膜，例如作为阳离子交换膜可以使用杜邦株式会社制造的Nafion(注册商标)、株式会社ASTOM制造的阳离子交换膜的CMB膜等。另外，作为阴离子交换膜，优选ASTOM制造的阴离子交换膜和TOKUYAMA制造的阴离子型电解质膜等。离子渗透性非导电性膜优选薄且结实的膜，通常，其膜厚优选为30～300μm，特别优选为30～200μm左右。

优选使用阳离子交换膜作为离子渗透性非导电性膜，这可有效地发挥本发明的气态二氧化碳导入效果。另外，从利用水蒸气来提高离子渗透性的效果的方面考虑，优选使用阴离子交换膜。

负极优选为表面积大、形成许多空隙且具有透水性的多孔体，以便能够保持多的微生物。具体来说，至少可以举出表面粗糙的导电性物质的薄片和将导电性物质做成毛毡状的其他多孔性薄片的多孔性导电体(例如石墨毡、发泡钛、发泡不锈钢等)。

在这样的多孔质的负极直接或通过微生物层邻接于离子渗透性非导电性膜时，在不使用电子介体的情况下，微生物反应中所产生的电子就可以交付给负极，因此可以不需要电子介体。

也可以层积多个薄片状导电体作为负极。在该情况下，可以层积同种类的导电体薄片，也可以层积不同种类的导电体薄片(例如石墨毡和具有粗糙面的石墨薄片)。

负极的总厚度优选为3mm以上40mm以下，特别优选为5～20mm左右。在由层积薄片构成负极的情况下，优选使层积面朝向连接液体的流入口和流出口的方向，以使液体沿薄片之间的叠合面(层积面)流动。

在本发明中，也可以通过将负极室分割成多个分室，并串联各分室，而抑制各分室中的pH降低后调节负极室内的液体的pH。如果分割负极室，则各分室中的有机物分解量变小，结果气态二氧化碳的生成量也变小，因此可以减少各分室中的pH降低。

正极优选具有导电性基材和负载于该导电性基材的氧还原催化剂。

对导电性基材没有特别限制，只要是导电性高、耐蚀性高、厚度即使薄也具有充分的导电性和耐蚀性、进一步具有作为导电性基材的机械强度的物质即可，但可以使用石墨纸、石墨毡、石墨布、不锈钢网、钛网等，这些之中，特别是从耐久性和加工的容易等方面考虑，优选石墨纸、石墨毡、石墨布等石墨系基材，特别优选石墨纸。需要说明的是，这些石墨系基材可以是利用聚四氟乙烯(PTFE)等氟树脂来疏水化的基材。

对于正极的导电性基材的厚度而言，如果过厚则氧的渗透变差，如果过薄则不能满足基材所需要的强度等要求特性，所以优选为20～3000μm左右。

作为氧还原催化剂，除白金等贵金属之外，以廉价且催化剂活性良好的二氧化锰等金属氧化物为宜，其负载量优选为0.01～2.0mg/cm²左右。

实施例

以下，举出实施例和比较例，更具体地说明本发明。

为便于说明首先举出比较例。

[比较例1]

在7cm×25cm×2cm(厚度)的负极室中，重叠2片厚度为1cm的石墨毡后将其填充，而形成负极。相对该负极，隔着作为离子渗透性非导电性膜的阳离子交换膜(杜邦株式会社制造，商品名(注册商标)“Nafion115”)形成正极室。正极室为7cm×25cm×0.5cm(厚度)，将田中贵金属公司制造的Pt催化剂(Pt负载炭黑，Pt含量50重量％)分散于5重量％Nafion(注册商标)溶液(杜邦公司制造)，并将所得到的液体涂布于用PTFE进行防水处理过的厚度为160μm的碳纸(东洋carbon公司制造)，以使Pt附着量为0.4 mg/cm²，在50℃干燥所得物作为正极，使其与上述阳离子交换膜密合。

在负极的石墨毡和正极的碳纸上，用导电性糊连接不锈钢线作为电引出线，以2Ω的电阻连接。

在负极室，pH维持在7.5，通入1000mg/L的醋酸和含有磷酸及氨的负极溶液。将该负极溶液预先在另外的水槽中加热至35℃，并将在该水槽中加热的液体以10mL/min通入负极室，由此将负极室的温度加热至35℃。需要说明的是，在通入负极溶液之前，通入其他的微生物发电装置的流出液作为接种菌。

在正极室中，以0.5L/min的流量通入常温的干燥空气。

其结果，在从负极溶液的通入开始3天后发电量基本一定，每1m³负极的发电量成为140W(发电效率140W/m³)。

[比较例2]

在比较例1中，向供给至正极室的空气，从碳酸气瓶以1mL/min(相对空气0.2％)导入气态二氧化碳，除此以外，同样地进行发电，结果，气态二氧化碳导入后发电效率马上开始提高，在5分钟后发电效率成为180W/m³。

实施例1

在比较例2中，将供给至正极室的空气导入装有1.5L纯水的2L的密闭水槽中，进行4分钟曝气后，与气态二氧化碳一同导入正极室，除此以外，同样地进行发电，结果，发电效率增加至210W/m³。需要说明的是，在该实施例1中，通过将空气在水槽中曝气，空气的湿度成为97％。

[实施例2]

在比较例1中，代替空气，将研究所废水处理场中的需氧生物处理废气(容量40m³的流动床式生物处理槽、BOD负荷0.5kg/m³·日的废气(O₂浓度：19.8容量％、CO₂浓度：1.3容量％、湿度：99％)导入正极室，除此以外，同样地进行发电，结果，获得的发电效率为255W/m³。

[实施例3]

在比较例1中，代替空气，将UASB装置(直径10cm、高60cm、甲醇的合成基质、负荷30kg-COD_Cr/m³/日)的生物气体(CO₂浓度32容量％、湿度99％)200mL/min和空气400mL/min的混合气体通入正极室，除此以外，同样地进行发电，结果，获得的发电效率为248W/m³。

由以上的结果可知，通过向供给至正极室的含氧气体中导入气态二氧化碳和水蒸气，或者，通过使用生物处理废气作为该含氧气体，可以使发电效率提高。

使用特定的方式详细地说明了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的意图和范围内，可以进行各种改变。

另外，本申请基于在2008年12月24日申请的日本专利申请(专利申请2008-327988)，它的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims

1.一种微生物发电方法，该微生物发电方法是在具备负极室和正极室的微生物发电装置的该正极室内供给含氧气体而进行发电的微生物发电方法，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室与该负极室被离子渗透性的非导电性膜隔开，并且所述正极室具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，

在正极室内，配置有正极，正极室内为空室，从气体流入口导入含氧气体，从气体流出口经排出配管流出废气，

该含氧气体含有活性污泥法生物处理废气、或厌氧生物处理废气和空气的混合气体中的任一种，其中，所述活性污泥法生物处理废气含有氧气、二氧化碳和水蒸气，所述厌氧生物处理废气含有二氧化碳和水蒸气。

2.一种微生物发电装置，该微生物发电装置是具备负极室、正极室和向该正极室供给含氧气体的单元的微生物发电装置，所述负极室具有负极，并且保持含有微生物和电子供体的液体；所述正极室与该负极室被离子渗透性的非导电性膜隔开，并且所述正极室具有连接于该离子渗透性非导电性膜的正极，其特征在于，

在该微生物发电装置中，在正极室内，配置有正极，正极室内为空室，从气体流入口导入含氧气体，从气体流出口经排出配管流出废气，

并且设置有向正极室导入活性污泥法生物处理废气、或厌氧生物处理废气和空气的混合气体中的任一种的手段，其中，所述活性污泥法生物处理废气含有氧气、二氧化碳和水蒸气，所述厌氧生物处理废气含有二氧化碳和水蒸气。