本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：一直以來，為人所知的是能夠在單一槽中同時進行處理液中的有機物處理和硝化、脫氮的裝置(例如參照專利文獻1)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1：日本特開平10-85787號公報技術(shù)實現(xiàn)要素：在以前的單一槽中，能夠同時進行處理液的有機物處理和硝化、脫氮的裝置可以列舉出如下的問題：有機物處理僅依賴于脫氮反應(yīng)，能夠處理的有機物量受到處理液中的氮量的限制。本發(fā)明提供一種微生物燃料電池系統(tǒng)，其不受處理液中的氮量的限制而可以同時進行處理液的有機物處理和硝化、脫氮，而且伴隨著有機物處理、硝化以及脫氮也可以進行發(fā)電。本發(fā)明的方式涉及一種微生物燃料電池系統(tǒng)，其具備：給排室，用于供給和排出電解液；負極，其浸漬于電解液中，在表面保持著電流生成菌；以及正極，其浸漬于電解液中，至少一部分在氣相中露出，在除露出于氣相中的部分以外的表面保持著硝化菌。而且正極的除露出于氣相中的部分以外的表面以及電解液的至少一方保持著脫氮菌。附圖說明圖1是表示本發(fā)明的實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)的一個例子的概略圖。圖2是表示正極附近的反應(yīng)區(qū)域的概略圖。圖3是表示微生物燃料電池系統(tǒng)的正極的構(gòu)成的概略圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)的其它例子的立體圖。圖5是沿著圖4中的a-a線的剖視圖。圖6是表示上述微生物燃料電池系統(tǒng)的電極接合體、盒式基材以及板構(gòu)件的分解立體圖。圖7是表示本發(fā)明的實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)的其它例子的立體圖。圖8是沿著圖7中的b-b線的剖視圖。具體實施方式下面就本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)進行詳細的說明。此外，為便于說明，附圖的尺寸比例有所夸大，往往與實際的比例不同。[第一實施方式]本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100如圖1和圖2所示，具有單一槽的給排室1。給排室1具有作為處理液的電解液4的供給口2、和電解液4的排出口3，可以適當?shù)剡M行電解液4的供給以及排出。供給口2以及排出口3的位置并不局限于圖1的情況，只要能夠進行電解液4的供給以及排出，就可以是任意的場所。在本實施方式中，示出了給排室1具有供給口2以及排出口3的情況，但在給排室1沒有供給口2以及排出口3的情況下，也可以直接向給排室1進行電解液4的供給、排出。另外，也可以設(shè)置一個共用供給口2和排出口3的給排出口。另外，微生物燃料電池系統(tǒng)100具有正極5、負極6以及配置于正極5和負極6之間的離子透過膜7。在圖1中，示出了使正極5、負極6以及離子透過膜7分別分離而設(shè)置的情況，但正極5、離子透過膜7以及負極6也可以層疊在一起。正極5被配置為浸漬于給排室1中的電解液4中，一個面51在氣相10中露出。一個面51具有憎水性以及氧的透過性。由此，氣相10中的氧透過一個面51，而滲透至正極5中的電解液4不會透過一個面51。另外，負極6被配置為浸漬于給排室1中的電解液4中。而且正極5和負極6通過外部電路8而進行電連接。(正極)本實施方式的正極5由多孔性的導(dǎo)電體形成。具體地說，可以列舉出碳紙、碳氈、碳布或者活性炭片材等碳材料，和鋁、銅、不銹鋼、鎳或者鈦等金屬網(wǎng)等。正極5也可以通過由多孔質(zhì)或織布狀的材料形成而具有多孔性。另外，正極5既可以整體上具有多孔性，也可以一部分為多孔性。如果進行詳細的說明，則本實施方式的正極5如圖3所示，由具有憎水層52、和以與憎水層52接觸的方式重疊的氣體擴散層53的氣體擴散電極構(gòu)成。通過使用這樣的薄板狀氣體擴散電極，便能夠容易地向擔(dān)載于正極5上的催化劑供給氣相10中的氧。正極5的憎水層52是一并具有憎水性和氧透過性的層。憎水層52被構(gòu)成為：一邊將微生物燃料電池系統(tǒng)100的電化學(xué)體系中的氣相和液相良好地分離，一邊允許氧從氣相向液相的移動。也就是說，憎水層52一面使氣相10中的氧透過而向氣體擴散層53移動，一面也可以抑制電解液4向氣相10側(cè)移動。此外，這里所說的所謂“分離”，是指在物理學(xué)上的隔開。憎水層52與含有氧的氣相10接觸，使氣相10中的氧擴散。而且憎水層52在圖3所示的構(gòu)成中，可以向氣體擴散層53大致均勻地供給氧。因此，憎水層52優(yōu)選為多孔質(zhì)體，以便能夠使該氧擴散。此外，憎水層52由于具有憎水性，因而可以抑制多孔質(zhì)體的細孔因結(jié)露等而閉塞，并可以抑制氧的擴散性的降低。另外，電解液4難以滲入憎水層52的內(nèi)部，因而從憎水層52的與氣相10接觸的面51至與氣體擴散層53相對置的面，能夠使氧有效地流通。憎水層52優(yōu)選由織布或者無紡布形成為片材狀。另外，構(gòu)成憎水層52的材料只要具有憎水性，且能夠使氣相10中的氧擴散，就沒有特別的限定。作為構(gòu)成憎水層52的材料，例如可以使用選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、尼龍、聚四氟乙烯(ptfe)、乙基纖維素、聚4-甲基戊烯-1、丁基橡膠以及聚二甲基硅氧烷(pdms)之中的至少一種。這些材料容易形成多孔質(zhì)體，進而憎水性也較高，因而可以抑制細孔的閉塞而使氣體擴散性得以提高。此外，憎水層52在憎水層52和氣體擴散層53的層疊方向優(yōu)選具有多個貫通孔。憎水層52為了提高憎水性，也可以根據(jù)需要使用憎水劑而實施憎水處理。具體地說，也可以使聚四氟乙烯等憎水劑附著在構(gòu)成憎水層52的多孔質(zhì)體上，從而提高憎水性。正極5的氣體擴散層53優(yōu)選具有多孔質(zhì)的導(dǎo)電性材料、和擔(dān)載于該導(dǎo)電性材料上的催化劑。此外，氣體擴散層53也可以由多孔質(zhì)且具有導(dǎo)電性的催化劑構(gòu)成。正極5通過具有這樣的氣體擴散層53，可以使通過后述的局部電池反應(yīng)生成的電子在催化劑和外部電路8之間導(dǎo)通。也就是說，如后所述，在氣體擴散層53上擔(dān)載著催化劑，而且催化劑為氧還原催化劑。而且電子從外部電路8通過氣體擴散層53而向催化劑移動，從而在催化劑的作用下，能夠進行基于氧、氫離子以及電子的氧還原反應(yīng)。正極5為了確保穩(wěn)定的性能，優(yōu)選氧高效地透過憎水層52以及氣體擴散層53而供給至催化劑以及硝化菌。因此，氣體擴散層53優(yōu)選為從與憎水層52相對置的面至相反側(cè)的面具有許多讓氧透過的細孔的多孔質(zhì)體。另外，氣體擴散層53的形狀特別優(yōu)選為三維的網(wǎng)格狀。通過這樣的網(wǎng)格狀，能夠賦予氣體擴散層53以高的氧透過性以及導(dǎo)電性。在正極5中，為了有效地向氣體擴散層53供給氧，憎水層52優(yōu)選經(jīng)由粘結(jié)劑而與氣體擴散層53接合在一起。由此，擴散的氧可以直接向氣體擴散層53供給，從而能夠有效地進行氧還原反應(yīng)。粘結(jié)劑從確保憎水層52和氣體擴散層53之間的粘接性的角度考慮，優(yōu)選設(shè)置在憎水層52和氣體擴散層53之間的至少一部分上。不過，從提高憎水層52和氣體擴散層53之間的粘接性、從而長時間穩(wěn)定地向氣體擴散層53供給氧的角度考慮，粘結(jié)劑更優(yōu)選為設(shè)置在憎水層52和氣體擴散層53之間的整個表面上。作為粘結(jié)劑，優(yōu)選具有氧透過性，可以使用含有選自聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、氯丁二烯橡膠以及聚硅氧烷之中的至少一種的樹脂。在此，就本實施方式中的正極5的氣體擴散層53進一步進行詳細的說明。如上所述，氣體擴散層53可以設(shè)計為如下的構(gòu)成：具有多孔質(zhì)的導(dǎo)電性材料、和擔(dān)載于該導(dǎo)電性材料上的催化劑。氣體擴散層53中的導(dǎo)電性材料例如可以由選自碳系物質(zhì)、導(dǎo)電性聚合物、半導(dǎo)體以及金屬之中的一種以上的材料構(gòu)成。在此，所謂碳系物質(zhì)，是指以碳為構(gòu)成成分的物質(zhì)。作為碳系物質(zhì)的例子，例如可以列舉出石墨、活性炭、碳黑、vulcan(注冊商標)xc-72r、乙炔黑、爐法碳黑、denka等碳粉末、石墨氈、碳絨、碳織布等碳纖維、碳板、碳紙、碳盤、碳布、碳箔、對碳粒子進行壓縮成形而成的碳系材料。另外，作為碳系物質(zhì)的例子，也可以列舉出碳納米管、碳納米角(carbonnanohorn)、碳納米簇之類的微細結(jié)構(gòu)物質(zhì)。再者，作為氣體擴散層53中的導(dǎo)電性材料，也可以使用網(wǎng)格以及發(fā)泡體等金屬材料。所謂導(dǎo)電性聚合物，是具有導(dǎo)電性的高分子化合物的總稱。作為導(dǎo)電性聚合物，例如可以列舉出以苯胺、氨基苯酚、二氨基苯酚、吡咯、噻吩、對苯、芴、呋喃、乙炔或者它們的衍生物為構(gòu)成單元的單一單體或者2種以上單體的聚合物。具體地說，作為導(dǎo)電性聚合物，例如可以列舉出聚苯胺、聚氨基苯酚、聚二氨基苯酚、聚吡咯、聚噻吩、聚對苯、聚芴、聚呋喃、聚乙炔等。作為金屬制導(dǎo)電性材料，例如可以列舉出不銹鋼網(wǎng)。在考慮得到的容易程度、成本、耐蝕性、耐久性等的情況下，導(dǎo)電性材料優(yōu)選為碳系物質(zhì)。另外，導(dǎo)電性材料的形狀優(yōu)選為粉末形狀或者纖維形狀。另外，導(dǎo)電性材料也可以支持在支持體上。所謂支持體，是指其本身具有剛性，且能夠賦予氣體擴散電極以一定的形狀的構(gòu)件。支持體既可以是絕緣體，也可以是導(dǎo)電體。在支持體為絕緣體的情況下，作為支持體，例如可以列舉出玻璃、塑料、合成橡膠、陶瓷、耐水或者憎水處理過的紙、木片等植物片、骨片、貝殼等動物片等。作為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的支持體，例如可以列舉出多孔質(zhì)陶瓷、多孔質(zhì)塑料、海綿等。在支持體為導(dǎo)電體的情況下，作為支持體，例如可以列舉出碳紙、碳纖維、碳棒等碳系物質(zhì)、金屬、導(dǎo)電性聚合物等。在支持體為導(dǎo)電體的情況下，擔(dān)載著碳系材料的導(dǎo)電性材料配置在支持體的表面上，從而支持體也可以作為集電體發(fā)揮作用。正極5保持著氧還原催化劑。作為氧還原催化劑，可以列舉出鉑、碳合金、pdco、pdni、pdcr等合金、氧化鈦、氧化鋯、氧化銥系復(fù)合氧化物等化合物等。另外，作為氧還原催化劑，可以列舉出鉑系催化劑、使用鐵或者鈷的碳系催化劑、部分氧化的鉭碳氮化物(tacno)以及鋯碳氮化物(zrcno)等過渡金屬氧化物系催化劑、使用鎢或者鉬的碳化物系催化劑、活性炭等。氣體擴散層53中的催化劑優(yōu)選為摻雜了金屬原子的碳系材料。作為金屬原子，并沒有特別的限定，但優(yōu)選為選自鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鈀、銀、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑以及金之中的至少一種金屬原子。在此情況下，碳系材料特別是作為用于促進氧還原反應(yīng)的催化劑發(fā)揮優(yōu)良的性能。碳系材料所含有的金屬原子的量可以進行適當?shù)脑O(shè)定，以便使碳系材料具有優(yōu)良的催化性能。碳系材料進一步優(yōu)選為摻雜有選自氮、硼、硫以及磷之中的一種以上非金屬原子。在碳系材料中摻雜的非金屬原子的量也可以進行適當?shù)脑O(shè)定，以便使碳系材料具有優(yōu)良的催化性能。碳系材料例如可以通過以石墨以及無定形碳等碳源原料為基、并在該碳源原料中摻雜金屬原子、和選自氮、硼、硫以及磷之中的一種以上非金屬原子而得到?？梢赃m當選擇在碳系材料中摻雜的金屬原子和非金屬原子的組合。特別地，優(yōu)選非金屬原子含有氮，金屬原子含有鐵。在此情況下，碳系材料可以具有特別優(yōu)良的催化活性。此外，非金屬原子也可以只是氮，金屬原子也可以只是鐵。也可以是非金屬原子含有氮，金屬原子含有鈷和錳之中的至少一種。在此情況下，碳系材料也可以具有特別優(yōu)良的催化活性。此外，非金屬原子也可以僅為氮。另外，金屬原子也可以僅為鈷，僅為錳，或者僅為鈷和錳。碳系材料的形狀并沒有特別的限制。例如，碳系材料既可以具有粒子狀形狀，也可以具有片材狀形狀。具有片材狀形狀的碳系材料的尺寸并沒有特別的限制，例如該碳系材料也可以是微小的尺寸。具有片材狀形狀的碳系材料也可以是多孔質(zhì)。具有片材狀形狀且多孔質(zhì)的碳系材料例如優(yōu)選具有織布狀、無紡布狀等形狀。這樣的碳系材料即使沒有導(dǎo)電性材料，也可以構(gòu)成氣體擴散層53。構(gòu)成為氣體擴散層53中的催化劑的碳系材料可以采用如下的方法進行調(diào)配。首先，準備含有例如包含選自氮、硼、硫以及磷之中的至少一種非金屬的非金屬化合物、和金屬化合物、和碳源原料的混合物。然后，在800℃～1000℃的溫度下，對該混合物加熱45秒以上且低于600秒。由此，可以得到構(gòu)成為催化劑的碳系材料。在此，作為碳源原料，如上所述，例如可以使用石墨或者無定形碳。再者，作為金屬化合物，只要是含有能夠與被摻雜于碳源原料中的非金屬原子形成配位鍵的金屬原子的化合物，就沒有特別的限制。金屬化合物例如可以使用選自金屬的氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、溴化物、碘化物、氟化物等無機金屬鹽、醋酸鹽等有機金屬鹽、無機金屬鹽的水合物、以及有機金屬鹽的水合物之中的至少一種。例如在鐵摻雜于石墨中的情況下，金屬化合物優(yōu)選含有氯化鐵(ⅲ)。另外，在鈷摻雜于石墨中的情況下，金屬化合物優(yōu)選含有氯化鈷。另外，在錳摻雜于碳源原料中的情況下，金屬化合物優(yōu)選含有醋酸錳。關(guān)于金屬化合物的使用量，例如金屬化合物中的金屬原子相對于碳源原料的比例優(yōu)選決定在5～30質(zhì)量％的范圍內(nèi)，該比例更優(yōu)選決定在5～20質(zhì)量％的范圍內(nèi)。非金屬化合物如上所述，優(yōu)選為選自氮、硼、硫以及磷之中的至少一種非金屬的化合物。作為非金屬化合物，例如可以使用選自五乙撐六胺、乙二胺、四乙撐五胺、三乙撐四胺、乙二胺、辛基硼酸、1,2-雙(二乙基膦乙烷)、亞磷酸三苯酯、二芐基二硫醚(benzyldisulfide)之中的至少一種化合物。非金屬化合物的使用量可以根據(jù)非金屬原子在碳源原料中的摻雜量而適當設(shè)定。關(guān)于非金屬化合物的使用量，金屬化合物中的金屬原子和非金屬化合物中的非金屬原子的摩爾比優(yōu)選決定在1﹕1～1﹕2的范圍內(nèi)，更優(yōu)選決定在1﹕1.5～1﹕1.8的范圍內(nèi)。在調(diào)配構(gòu)成為催化劑的碳系材料時，含有非金屬化合物、金屬化合物和碳源原料的混合物例如采用如下的方法來得到。首先，將碳源原料、金屬化合物和非金屬化合物混合，進而根據(jù)需要添加乙醇等溶劑而對總量進行調(diào)整。進而采用超聲波分散法使它們分散。接著，在適當?shù)臏囟?例如60℃)下將其加熱，然后使混合物干燥而將溶劑除去。由此，便得到含有非金屬化合物、金屬化合物和碳源原料的混合物。接著，對得到的混合物例如在還原性氣氛下或者不活潑氣體氣氛下進行加熱。由此，在碳源原料中摻雜有非金屬原子，進而通過使非金屬原子和金屬原子形成配位鍵，也摻雜有金屬原子。加熱溫度優(yōu)選在800℃～1000℃的范圍內(nèi)，加熱時間優(yōu)選在45秒以上且低于600秒的范圍內(nèi)。由于加熱時間為短時間，因而可以高效地制造碳系材料，而且碳系材料的催化活性進一步提高。此外，在加熱處理中，加熱開始時的混合物的升溫速度優(yōu)選為50℃/s以上。這樣的快速加熱使碳系材料的催化活性得到進一步提高。另外，也可以對碳系材料進一步進行酸清洗。例如也可以采用均化器，使碳系材料在純水中分散30分鐘，然后將該碳系材料盛入2m硫酸中，在80℃下攪拌3小時。在此情況下，可以抑制金屬成分從碳系材料中的溶出。根據(jù)這樣的制造方法，可以得到不活潑金屬化合物以及金屬結(jié)晶的含量明顯地低、而且導(dǎo)電性較高的碳系材料。在氣體擴散層53中，催化劑也可以使用粘結(jié)劑而粘結(jié)在導(dǎo)電性材料上。也就是說，催化劑也可以使用粘結(jié)劑擔(dān)載于導(dǎo)電性材料的表面以及細孔內(nèi)部。由此，可以抑制催化劑從導(dǎo)電性材料上脫離而使氧還原特性降低。作為粘結(jié)劑，例如優(yōu)選使用選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯(pvdf)以及乙烯-丙烯-二烯共聚物(epdm)之中的至少一種。另外，作為粘結(jié)劑，也優(yōu)選使用nafion(注冊商標)。本實施方式的正極5在表面保持著作為需氧性微生物的硝化菌。作為硝化菌，可以列舉出亞硝化單胞菌(nitrosomonas)屬細菌、亞硝化球菌(nitrosococcus)屬細菌、亞硝化螺菌(nitrosospira)屬細菌、硝化桿菌(nitrobacter)屬細菌、硝化螺菌(nitrospira)屬細菌等。再者，正極5的除露出于氣相中的部分以外的表面以及電解液4保持著作為厭氧性微生物的脫氮菌。作為脫氮菌，可以列舉出假單胞菌(pseudomonas)屬細菌、芽胞桿菌(bacillus)屬細菌、副球菌(paracoccus)屬細菌、無色菌(achromobater)屬細菌等。在本實施方式中，示出了正極5的表面和電解液4一同保持脫氮菌的情況，但也可以使正極5的表面和電解液4的任一方保持脫氮菌。下面示出了正極5及其附近的硝化反應(yīng)以及脫氮反應(yīng)。[硝化反應(yīng)][式1]2nh4++3o2→2no2－+2h2o+4h+[式2]2no2－+o2→2no3－[脫氮反應(yīng)][式3]no3－+2h++2e－→no2－+h2o[式4]2no2－+6h++6e－→n2+2h2o+2oh－如式1以及式2那樣，在本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100的正極5中，從露出于氣相中的一個面51供給氧，在硝化菌的催化作用下而發(fā)生硝化反應(yīng)。電解液4所保持的脫氮菌集中在正極5的附近，作為催化劑發(fā)揮作用。由式1的反應(yīng)而生成的亞硝酸根離子、由式2的反應(yīng)而生成的硝酸根離子分別如式3、式4所示，在脫氮菌的催化作用下，與來源于有機物的氫離子反應(yīng)，從而發(fā)生脫氮反應(yīng)。來源于有機物的氫離子通過與擔(dān)載于負極6上的微生物的代謝相伴的有機物的氧化反應(yīng)而生成。此時，有機物中含有的碳成為其它有機物或二氧化碳、微生物的代謝物。式1、式2的反應(yīng)是基于需氧性微生物即硝化菌的催化作用的反應(yīng)，式3、式4的反應(yīng)是基于厭氧性微生物即脫氮菌的催化作用的反應(yīng)。由一個面51供給的氧在正極5以及電解液4中靠近正極5的第一區(qū)域401通過式1、式2的反應(yīng)而消耗。由此，電解液4中比產(chǎn)生式1、式2的反應(yīng)的部分更遠離正極5的第二區(qū)域402保持為厭氧性，發(fā)生式3、式4的反應(yīng)。(負極)本實施方式的負極6擔(dān)載著后述的微生物，進而在微生物的催化作用下，具有由電解液4中的有機物生成氫離子以及電子的作用。因此，本實施方式的負極6只要是產(chǎn)生這樣的作用的構(gòu)成，就沒有特別的限定。負極6由導(dǎo)電性材料形成。具體地說，可以列舉出碳紙、碳氈、碳布或者活性炭片材等碳材料，和鋁、銅、不銹鋼、鎳或者鈦等金屬材料。如果進行詳細的說明，則本實施方式的負極6所具有的結(jié)構(gòu)是：在具有導(dǎo)電性的導(dǎo)電體片材上擔(dān)載著微生物。作為導(dǎo)電體片材，可以使用選自多孔質(zhì)導(dǎo)電體片材、織布狀導(dǎo)電體片材以及無紡布狀導(dǎo)電體片材之中的至少一種。另外，導(dǎo)電體片材也可以是層疊多個片材的層疊體。作為負極6的導(dǎo)電體片材，通過使用這樣的具有多個細孔的片材，可以使由后述的局部電池反應(yīng)生成的氫離子容易向離子透過膜7的方向移動，從而可以提高氧還原反應(yīng)的速度。另外，從提高離子透過性的角度考慮，負極6的導(dǎo)電體片材優(yōu)選具有在正極5、離子透過膜7以及負極6的層疊方向x、即厚度方向連續(xù)的空間(空隙)。該導(dǎo)電體片材也可以是在厚度方向具有多個貫通孔的金屬板。因此，作為構(gòu)成負極6的導(dǎo)電體片材的材料，例如可以使用選自鋁、銅、不銹鋼、鎳、鈦等導(dǎo)電性金屬，以及碳紙、碳氈之中的至少一種。作為負極6的導(dǎo)電體片材，也可以使用正極5所使用的多孔性導(dǎo)電體。另外，負極6優(yōu)選含有石墨，進而石墨中的石墨烯層優(yōu)選沿著與正極5、離子透過膜7以及負極6的層疊方向x垂直的方向yz的面進行排列。石墨烯層通過這樣地進行排列，與層疊方向x垂直的方向yz的導(dǎo)電性比層疊方向x的導(dǎo)電性更加提高。因此，容易將由負極6的局部電池反應(yīng)生成的電子導(dǎo)向外部電路，從而可以更加提高電池反應(yīng)的效率。作為擔(dān)載于負極6上的微生物，只要是可以分解電解液4中的有機物的微生物，就沒有特別的限定，但例如優(yōu)選使用增殖不需要氧的厭氧性微生物。厭氧性微生物不需要用于氧化分解電解液4中的有機物的空氣。因此，可以大幅度降低用于送入空氣所需要的電力。另外，由于微生物所獲得的自由能較小，因而可以使污泥發(fā)生量減少。負極6優(yōu)選保持作為厭氧性微生物的電流生成菌。作為電流生成菌，可以列舉出地桿菌(geobacter)屬細菌、希瓦氏菌(shewanella)屬細菌、氣單胞菌(aeromonas)屬細菌、地發(fā)菌(geothrix)屬細菌、酵母菌(saccharomyces)屬細菌等。也可以通過使含有厭氧性微生物的生物膜重疊在負極6上并加以固定，在負極6上便保持著厭氧性微生物。此外，所謂生物膜，通常是指包含微生物群落、和微生物群落所生產(chǎn)的胞外聚合物(extracellularpolymericsubstance、eps)的三維結(jié)構(gòu)體。不過，厭氧性微生物也可以不通過生物膜而保持在負極6上。另外，厭氧性微生物不僅可以保持在負極6的表面，而且也可以保持在內(nèi)部。本實施方式的負極6例如也可以用電子傳遞介質(zhì)分子(electrontransportmediatormolecule)進行修飾?；蛘?，給排室1內(nèi)的電解液4也可以含有電子傳遞介質(zhì)分子。由此，促進從厭氧性微生物向負極6的電子移動，從而可以實現(xiàn)更有效的液體處理。具體地說，在基于厭氧性微生物的代謝機制中，在細胞內(nèi)或者與末端電子受體(terminalelectronacceptor)之間進行電子的授受。如果在電解液4中導(dǎo)入介質(zhì)分子，則介質(zhì)分子作為代謝的末端電子受體發(fā)揮作用，而且使接受的電子向負極6轉(zhuǎn)移。其結(jié)果是，可以提高電解液4中的有機物的氧化分解速度。這樣的電子傳遞介質(zhì)分子并沒有特別的限定。作為電子傳遞介質(zhì)分子，例如可以使用選自中性紅、蒽醌-2,6-二磺酸(aqds)、硫堇、鐵氰化鉀以及甲基紫精之中的至少一種。下面示出負極6上的反應(yīng)的一個例子。[式5]c6h12o6+6h2o→6co2+24h++24e－本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100的負極6如式5那樣，有機物在由擔(dān)載于負極6上的電流生成菌所產(chǎn)生的催化作用下發(fā)生分解，生成二氧化碳、氫離子以及電子。通過式5的反應(yīng)，可以在負極6上進行電解液4中的有機物處理。(離子透過膜)本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100進一步具有配置于負極6和正極5之間、且至少透過氫離子的離子透過膜7。而且如圖1所示，負極6經(jīng)由離子透過膜7而與正極5分隔開來。離子透過膜7具有透過在負極6生成的氫離子、并向正極5側(cè)移動的功能。離子透過膜7由可以透過氫離子的材料形成。具體地說，可以列舉出陽離子交換膜、陰離子交換膜、無紡布、玻璃纖維膜、濾紙等。如果進行詳細的說明，則作為離子透過膜7，可以使用例如使用了離子交換樹脂的離子交換膜。作為離子交換樹脂，例如可以使用dupont株式會社生產(chǎn)的nafion(注冊商標)、以及旭硝子株式會社生產(chǎn)的flemion(注冊商標)以及selemion(注冊商標)。另外，作為離子透過膜7，也可以使用具有能夠透過氫離子的細孔的多孔質(zhì)膜。也就是說，離子透過膜7也可以是具有使氫離子從負極6向正極5移動的空間(空隙)的片材。因此，離子透過膜7優(yōu)選具有選自多孔質(zhì)片材、織布狀片材以及無紡布狀片材之中的至少一種。另外，離子透過膜7可以使用選自玻璃纖維膜、合成纖維膜、以及塑料無紡布之中的至少一種，也可以是將它們多層層疊而成的層疊體。這樣的多孔質(zhì)的片材由于在內(nèi)部具有許多細孔，因而氫離子可以容易地移動。此外，離子透過膜7的細孔徑只要能使氫離子從負極6向正極5移動，就沒有特別的限定。此外，如上所述，離子透過膜7具有透過在負極6生成的氫離子、并向正極5側(cè)移動的功能。因此，例如負極6和正極5只要以不接觸的狀態(tài)而接近，氫離子就可以從負極6向正極5移動。因此，在本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100中，離子透過膜7不是必須的構(gòu)成要素。不過，通過設(shè)置離子透過膜7，便能夠使氫離子從負極6向正極5有效地移動，因而從提高輸出功率的角度考慮，優(yōu)選設(shè)置離子透過膜7。此外，也可以在正極5和離子透過膜7之間設(shè)置間隔，而且也可以在負極6和離子透過膜7之間設(shè)置間隔。接著，就本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100的作用進行說明。如上所述，在負極6生成的電子經(jīng)由外部電路8而導(dǎo)向正極5。另外，在負極6生成的氫離子向電解液4流出，存在于負極6側(cè)的電解液4中的氫離子透過離子透過膜7而流入存在于正極5側(cè)的電解液4中。微生物燃料電池系統(tǒng)100在外部電路8中，通過使電子從負極6向正極5移動所產(chǎn)生的電流而進行發(fā)電。如果進行詳細的說明，則在正極5、負極6以及離子透過膜7浸漬于電解液4中的情況下，正極5的氣體擴散層53、離子透過膜7以及負極6浸漬于電解液4中，憎水層52的面51的至少一部分在氣相10中露出。在微生物燃料電池系統(tǒng)100工作時，向負極6供給含有有機物的電解液4，向正極5供給空氣或者氧。而且在正極5中，氧透過憎水層52而通過氣體擴散層53擴散開來。負極6在微生物的催化作用下，由電解液4中的有機物生成氫離子以及電子。生成的氫離子透過離子透過膜7而向正極5側(cè)移動。另外，生成的電子通過負極6的導(dǎo)電體片材而向外部電路8移動，進而從外部電路8向正極5的氣體擴散層53移動。而且氫離子以及電子在擔(dān)載于氣體擴散層53上的催化劑的作用下與氧鍵合，成為水而得以消耗。而且如上所述，在正極5的除露出于氣相10中的部分以外的表面保持著硝化菌。硝化菌在通過氣體擴散層53擴散開來的氧的作用下，使含氮化合物氧化而生成亞硝酸根離子或者硝酸根離子。而且在正極5的除露出于氣相10中的部分以外的表面以及電解液4的至少一方保持著的脫氮菌使向正極5側(cè)移動的氫離子、與亞硝酸根離子以及硝酸根離子反應(yīng)而生成氮。這樣一來，在微生物燃料電池系統(tǒng)100中，電解液4中的含氮化合物通過硝化菌以及脫氮菌的代謝而成為氮、水以及氫氧根離子，因而可以將電解液4的含氮化合物除去。再者，電解液4中的有機物通過擔(dān)載于負極6上的微生物的代謝而成為氫離子、電子以及二氧化碳，因而也可以將電解液4的有機物除去。微生物燃料電池系統(tǒng)100優(yōu)選進一步具有對負極6和正極5之間的電流值加以控制的電流控制部9。而且電流控制部9如圖1所示，也可以與外部電路8連接。電流控制部9對微生物燃料電池系統(tǒng)100的在正極5和負極6之間流過的電流量進行控制。通過由電流控制部9進行電流量的控制，便可以對電解液4中的氫離子濃度(ph)加以控制。由此，可以將電解液4的ph設(shè)定為對基于微生物燃料電池系統(tǒng)100的發(fā)電、硝化反應(yīng)、脫氮反應(yīng)合適的ph。脫氮反應(yīng)在任意的ph下發(fā)生。但是，在ph低于7.3的情況下，n2o作為副產(chǎn)物生成。因此，優(yōu)選通過電流控制部9進行控制，以便使正極附近的電解液4的ph保持在7.3以上。這樣一來，本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100具有供給電解液4、且將其排出的給排室1。微生物燃料電池系統(tǒng)100進一步具有：負極6，其浸漬于電解液4中，在表面保持著電流生成菌；以及正極5，其浸漬于電解液4中，至少一部分在氣相10中露出，在除露出于氣相10中的部分以外的表面保持著硝化菌。而且正極5的除露出于氣相10中的部分以外的表面以及電解液4的至少一方保持著脫氮菌。因此，如圖2那樣，在微生物燃料電池系統(tǒng)100中，由一個面51供給的氧在正極5以及電解液4中靠近正極5的第一區(qū)域401通過式1、式2的反應(yīng)而消耗。因此，可以在單一槽中進行基于作為需氧性微生物的硝化菌的硝化反應(yīng)、基于作為厭氧性微生物的脫氮菌的正極5的脫氮反應(yīng)、以及基于作為厭氧性微生物的電流生成菌的負極6的有機物處理的反應(yīng)。正極5的硝化反應(yīng)以及脫氮反應(yīng)、與負極6的有機物處理的反應(yīng)分別獨立地發(fā)生。因此，可以通過微生物燃料電池系統(tǒng)100處理的有機物量由于不像以前那樣依賴于脫氮反應(yīng)中的有機物處理，因而不受作為處理液的電解液4中的氮量的限制。[第二實施方式]接著，基于附圖，就第二實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)進行詳細的說明。此外，對于與第一實施方式相同的構(gòu)成標注相同的符號，并將重復(fù)的說明予以省略。如圖4和圖5所示，本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)100a與第一實施方式同樣，具有給排室1a，其保持著電解液4；負極6，其在表面保持著電流生成菌；正極5，其至少一部分在氣相10中露出，且在表面保持著硝化菌。而且正極5、負極6以及離子透過膜7相互層疊在一起而形成電極接合體20。微生物燃料電池系統(tǒng)100a被配置為：負極6與離子透過膜7的一個面7a接觸，正極5與離子透過膜7的面7a的相反側(cè)的面7b接觸。而且正極5的氣體擴散層53與離子透過膜7接觸，憎水層52在氣相10側(cè)露出。而且如圖6所示，電極接合體20層疊于盒式基材30上。盒式基材30為沿著正極5的面51的外周部的u字狀的框構(gòu)件，上部設(shè)置有開口。也就是說，盒式基材30是將2根第一柱狀構(gòu)件31的底面用第二柱狀構(gòu)件32連結(jié)而成的框構(gòu)件。而且如圖6所示，盒式基材30的側(cè)面33與正極5的面51的外周部接合在一起，側(cè)面33的相反側(cè)的側(cè)面34與板構(gòu)件40的面40a的外周部接合在一起。如圖5所示，由電極接合體20、盒式基材30以及板構(gòu)件40層疊而成的燃料電池單元50以形成與大氣連通的氣相10的方式配置于給排室1a的內(nèi)部。在給排室1a的內(nèi)部保持著作為處理液的電解液4，正極5、負極6以及離子透過膜7浸漬于電解液4中。如上所述，正極5包括具有憎水性的憎水層52，板構(gòu)件40由不透過電解液4的平板狀板材構(gòu)成。因此，保持于給排室1a內(nèi)部的電解液4與盒式基材30的內(nèi)部隔開，由電極接合體20、盒式基材30以及板構(gòu)件40形成的內(nèi)部空間成為氣相10。而且微生物燃料電池系統(tǒng)100a被構(gòu)成為：該氣相10向外界空氣開放，或者例如通過泵而從外部向該氣相10供給空氣。另外，如圖5所示，正極5以及負極6分別與外部電路8進行電連接。第一實施方式被構(gòu)成為：正極5與給排室1的側(cè)面接合在一起，進而正極5的面51在氣相10中露出。但是，微生物燃料電池系統(tǒng)并不局限于第一實施方式的構(gòu)成，例如也可以像第二實施方式那樣，使用由電極接合體20、盒式基材30以及板構(gòu)件40層疊而成的燃料電池單元50。即使在這樣的燃料電池單元50中，在正極5上可以進行基于需氧性微生物即硝化菌的硝化反應(yīng)、和基于厭氧性微生物即脫氮菌的脫氮反應(yīng)，在負極6上可以進行基于厭氧性微生物即電流生成菌的有機物處理的反應(yīng)。不過，在本實施方式中，在1個給排室1a中可以配置多個燃料電池單元50。因此，能夠提高電解液4與正極5以及負極6的接觸率，從而可以更加提高有機物以及含氮化合物的凈化效率。在圖4以及圖5中，微生物燃料電池系統(tǒng)100a將正極5與盒式基材30的側(cè)面33接合，將板構(gòu)件40與側(cè)面33的相反側(cè)的側(cè)面34接合，從而形成氣相10。然而，本實施方式并不局限于該方式。例如也可以像圖7以及圖8所示的微生物燃料電池系統(tǒng)100b那樣，使用由2片電極接合體20經(jīng)由盒式基材30層疊而成的燃料電池單元50a。在微生物燃料電池系統(tǒng)100b中，盒式基材30的側(cè)面33以及側(cè)面34與正極5的面51的外周部接合在一起，從而抑制電解液4從正極5的面51的外周部向盒式基材30的內(nèi)部漏出。而且2片電極接合體20的正極5以及負極6分別與外部電路8進行電連接。這樣一來，通過采用使用了2片電極接合體20的燃料電池單元50a，便能夠提高電解液4與正極5以及負極6的接觸率，從而可以進一步提高有機物以及含氮化合物的凈化效率。如上所述，如果氫離子能夠從負極6向正極5移動，則電池反應(yīng)得以進行，鐵離子從負極6向電解液4中溶出，從而可以降低電解液4中的有機物以及含氮化合物的濃度。因此，在圖5以及圖8所示的微生物燃料電池系統(tǒng)100a、100b中，負極6與離子透過膜7也可以不接觸而在負極6和離子透過膜7之間存在空隙。實施例下面基于實施例，就本實施方式進行更詳細的說明，但本實施方式并不局限于這些實施例。在本實施例中，給排室1使用容積為0.3l的，正極5使用具有憎水性的碳紙制的，負極6使用碳氈制的，離子透過膜7使用聚烯烴制的無紡布。然后，制作出了圖1所示的微生物燃料電池系統(tǒng)。此外，在正極5上，擔(dān)載著摻雜了鐵和氮的碳合金催化劑作為氧還原催化劑。再者，在正極5的表面保持著硝化菌，在正極5的除露出于氣相10中的部分以外的表面以及電解液4中保持著脫氮菌，在負極6的表面保持著作為電流生成菌的地桿菌(geobacter)屬細菌。此外，在正極5中，采用泵向一個面51輸送空氣而供給氧。電解液4使用包含淀粉、蛋白胨、酵母提取物等的人工污水。供給的電解液4的有機物濃度以用燃燒催化氧化方式的總有機碳量分析儀測得的toc值計設(shè)定為大約180mg/l。另外，電解液4以300ml/day流動。微生物燃料電池系統(tǒng)100在以大約56mw/m2的發(fā)電量進行穩(wěn)定驅(qū)動的狀態(tài)下，對于從供給口2供給的處理前的電解液4、從排出口3排出的處理后的電解液4，分別測定了總氮量以及總有機碳量。測定結(jié)果如表1所示?？偟坎捎眠^硫酸分解法進行測定。另外，總有機碳量采用燃燒催化氧化方式的總有機碳量分析儀進行測定。表1處理前處理后總氮量(mg/l)152.6總有機碳量(mg/l)18032.4如表1那樣，電解液4中的總氮量從處理前的15mg/l至2.6mg/l，減少了12.4mg/l。再者，總有機碳量從180mg/l至32.4mg/l，減少了147.6mg/l。伴隨著氮處理，被處理的有機碳全部為葡萄糖，在所有的葡萄糖被處理的情況下，通過與式5同樣的反應(yīng)，葡萄糖每1mol供給24mol的h+，1molno3－的脫氮消耗5mol的h+。另外，電解液4中的氮減少量12.4mg/l如果換算成硝酸的摩爾濃度，則為0.886mmol/l。因此，伴隨著12.4mg/l的硝酸性氮處理，被處理的葡萄糖為0.185mmol/l，如果換算成有機碳量，則處理了13.4mg/l。另一方面，總有機碳量減少147.6mg/l，為與氮處理相伴的有機碳量的減少量的大約10倍以上。如上所述，在本實施方式的微生物燃料電池系統(tǒng)中，無論處理液中的氮量如何，用單一槽就可以進行有機物的處理。另外，伴隨著有機物的處理、硝化、脫氮，可以進行發(fā)電。這里引用日本特愿2015-48232號(申請日：2015年3月11日)的全部內(nèi)容。以上沿著實施例對本實施方式的內(nèi)容進行了說明，但本實施方式并不局限于這些記載，能夠進行各種變形和改良對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的微生物燃料電池系統(tǒng)，不受處理液中的氮量的限制而可以同時進行處理液的有機物處理和硝化、脫氮。另外，也可以伴隨著有機物處理、硝化以及脫氮而進行發(fā)電。符號說明：1給排室4電解液5正極6負極7離子透過膜9電流控制部100、100a、100b微生物燃料電池系統(tǒng)當前第1頁12