KR100710911B1 - 하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하/폐수 처리시설의 폭기조와 혐기조를 각각 양극부와 음극부로 하여 두 조를 구획하는 별도의 시설이 없이 상기 폭기조와 혐기조에 각각 전극을 설치하여 전기를 발생시킬 수 있게 한 미생물에 의한 하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치는 하/폐수가 유입되어 적정 산소분압을 유지하는 폭기조와 내부 일측에 설치된 격벽을 설치하여 혐기조를 형성시킨 한국 특허 0369924호와 0527172호의 반응조와 기존의 하/폐수처리방법인 A2O공법 또는 AO공법 등과 같이 처리공정 중에 무산소조 또는 혐기조와 폭기조로 구성된 하/폐수 처리장치에 있어서, 상기 폭기조를 양극부로 하고 무산소조 또는 혐기조를 음극부로 하여 내부에 각각 전극을 설치하여 구성된다.

하/폐수처리장치, 발전장치, 미생물 연료전지, 음극부, 양극부, 전극, 무산소조, 혐기조, 폭기조

Description

하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치{A electric-power generation equipment use of waste water}

도 1은 종래의 수소-산소 연료전지의 개념을 도시한 구성도이고,

도 2는 종래의 미생물 연료전지의 개념을 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 하/폐수 처리 시설을 이용한 발전장치의 구성을 도시한 구성도이고,

도 4는 기존 하/폐수 처리 시설에 본 발명에 따른 발전장치를 결합한 구성을 도시한 구성도이고,

도 5는 본 발명에 따른 하/폐수 처리 시설을 이용한 발전장치의 전극연결을 정방향(혐기조 : 음극, 폭기조 : 양극)으로 접속 시 발생되는 전압을 나타내는 사진이고,

도 6은 본 발명에 따른 하/폐수 처리 시설을 이용한 발전장치의 전극연결을 역방향(혐기조 : 양극, 폭기조 : 음극)으로 접속 시 발생되는 전압을 나타내는 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 : 스크린조 2 : 유량조절조 3 : 폭기조

4 : 농축조 5 : 탈수기 3a : 격벽

8 : 최초 침전조 9 : 최후 침전조 11 : 혐기조

12 : 무산소조 13 : 폭기조

3b : 경사판 31 : 호기부 32 : 혐기부

30 : 집전기

본 발명은 하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치에 관한 것으로 특히, 하/폐수 처리시설을 구성하는 폭기조와 무산소조 또는 혐기조에 각각 전극을 설치하여 전기를 발생시킬 수 있게 한 하/폐수 처리 장치를 이용한 발전 장치에 관한 것이다.

생활환경 및 산업의 발달에 따라 많은 종류의 하/폐수가 발생되고 있으며, 이러한 하/폐수를 처리하기 위한 처리 시설이 많이 보급되고 있다.

그러나 이러한 하/폐수 시설은 현재까지 단순히 하/폐수를 처리하는 목적으로만 사용되고 있었으며 환경보전을 위한 차원에서 어쩔 수 없이 가동하여야 하는 시설로 생산적이기 보다는 소비적인 시설이라는 시각이 많았다.

또한, 최근에 석유자원의 고갈을 대비한 대체에너지에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 가운데 하나가 연료전지이며, 그 대표적인 것이 수소-산소 연료전지가 있다.

이 수소-산소 연료전지의 원리는 도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 다공성 극판 중 음극에는 연료인 수소를 공급하고 양극에는 산화제를 주입하여 수소와 산화제인 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 그 반응에너지를 전기로 직접 전환하는 것이다.

이러한 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 이용하여 시도되고 있는 것이 도 2에 도시한 바와 같은 미생물 연료전지이다. 유기물질이 미생물에 의하여 혐기성조건에서 분해되는 과정에서 양성자(수소 이온)와 전자가 발생하고, 이때 발생하는 전자는 전극을 이용하여 포집함으로 혐기조는 음극부를 형성하고, 산소가 공급되는 폭기조에는 혐기조에서 생성된 양성자(수소이온)가 양성자 교환막을 통하여 이동하여 유입된다. 이 폭기조에서 양성자(수소이온)가 회로를 통하여 이동한 전자 및 공급되는 산소와 결합하여 물을 생성한다.

따라서 폭기조의 전극은 양극이 된다. 이러한 형태의 전기 발생 장치는 폭기조는 하/폐수 처리공정으로써의 일련의 흐름을 형성하지 않고 별개의 시설로 운영이 되며, 폭기조와 혐기조를 구획하는 양성자 교환막은 비용이 고가일 뿐 만 아니라 시공 상 대규모 시설에 적용하기에는 그 한계를 안고 있다.

본 발명은 하/ 폐수 처리 공정에서 미생물이 유기물질을 처리하는데 혐기성 조건에서는 산화ㆍ환원 전위가 -150 ~ -200 ㎷이며, 호기성 조건에서는 산화ㆍ환원 전위가 150 ~ 200 ㎷인 점에 착안하여 혐기조와 폭기조를 모두 하/폐수 처리공정으로 사용하고 폭기조와 혐기조를 구획하는 양성자 교환막을 설치하지 않고 폭기조와 혐기조 내부에 전극을 설치하여 회로를 구성함으로써 하/폐수 처리 효율을 높이고, 기존의 하/폐수 처리시설에도 간편하게 폭기조와 혐기조에 간단하게 전극을 설치하여 발생되는 전기를 집전하는 장치를 이용한 발전장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 하/폐수가 유입되어 적정 산소분압을 유지하는 폭기부와 내부 일측에 설치된 격벽을 설치하여 혐기부를 형성시킨 한국 특허 0369924호와 0527172호의 반응조와 기존의 하/폐수처리방법인 A2O공법 또는 AO공법 등과 같이 처리공정 중에 무산소조 또는 혐기조와 폭기조로 구성된 하/폐수 처리장치에 있어서, 상기 폭기조를 양극부로 하고 무산소조 또는 혐기조를 음극부로 하여 내부에 각각 전극을 설치하여 구성됨을 특징으로 하는 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치에 의해 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치의 일예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치는 본 출원인에 의해 출원하여 등록된 등록특허 제 369924호와 0527172호의 반응조와 기존의 하/폐수처리방법인 A2O공법 또는 AO공법 등과 같이 처리공정 중에 무산소조 또는 혐기조와 폭기조로 구성된 하/폐수처리장치에 설치된다.

즉, 본 발명에 따른 발전장치는 하/폐수처리장치의 폭기조와 무산소조 또는 혐기조에 두 전극(10, 20)을 설치하여 구성된다.

상기 하/폐수 처리장치의 구성을 간략하게 설명하면 하/폐수의 원수가 유입되는 원수 유입구와 슬러지를 여과하기 위한 스크린이 설치된 스크린조(1)와, 상기 스크린조(1)를 통하여 유입되는 하/폐수의 수질 농도 즉, 하/폐수중에 함유되어 있는 오염물질들과 수량이 시간에 따라 그 농도와 양의 변화가 심하기 때문에 처리하는 시간동안에 그 농도를 균질화하고 하수의 처리량을 조절하는 유량조절조(2)와, 상기 하/폐수의 오염물질을 미생물의 작용에 의하여 처리하는 반응조(3)와, 상기 반응조(3)에서 발생된 슬러지를 농축하는 농축조(4)와, 상기 농축된 슬러지를 탈수하여 슬러지 케익을 형성하는 탈수기(5)를 포함하여 구성되거나, 또는 상기 반응조(3)를 대신하여 혐기조(11), 무산소조(12) 및 폭기조(13)를 구성하여 상기 폭기조(13)의 앞단에 혐기조(11)와 무산소조(12) 형성하여 폭기조(13)에서 산화된 질소를 제거하기 할 수 있게 구성하기도 한다.

상기 반응조(3)의 폭기부(31)와 혐기부(32)에 각각 전극(10, 20)을 설치하되 양극(10)은 폭기부(31)에 설치하고, 음극(20)은 혐기부(32)에 설치함이 바람직하다.

이와 같이 양극(10)은 폭기부(31)에 설치하고 음극(20)은 혐기부(32)에 설치함으로서 폭기부(31)에는 오염물질인 유기물질들이 주입되는 산소를 이용한 미생물의 호기성 분해작용에 의하여 양극(10) 부위에서 물과 탄산가스로 전환되어 하/폐 수가 계속적으로 처리됨과 동시에 혐기부(32)에서 생성된 전자가 연속적인 흐름을 형성하여 전류가 발생하게 된다.

또한, 상기 혐기부(32)에는 공기를 주입하지 않아 혐기 상태를 유지하며 혐기성 반응을 효율적으로 유지할 수 있고 생성된 가스를 원활하게 외부로 용이하게 방출하기 위해 혐기성 미생물들을 혼합시킬 수 있는 교반장치(미도시)를 더 설치할 수 있으며, 이러한 교반장치는 통상적으로 사용되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 전극들(10, 20)은 도시한 바와 같이 평판 또는 여러 개의 구멍이 형성된 다공판 또는 격자판이나 스펀지와 같이 물과의 접촉 면적을 넓게 형성함으로서 물과의 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 집전 효율을 증대시키기 위하여 여러겹으로 하여 다층으로 설치할 수 있다.

상기 전극(10, 20)의 재료는 흑연과 티타늄 또는 합금 등을 사용할 수 있으나 이러한 재질은 본 발명이 속하는 분야에서는 통상적으로 사용되는 것들로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기와 같이 폭기부(31)와 혐기부(32)에 각각 설치된 전극(10, 20)을 통하여 포집된 전기는 도시한 바와 같이 집전기(30)등과 같은 집전 수단에 의해 집전하여 저장할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 하/폐수 처리시설을 이용한 발전장치는 하/폐수 중의 미생물 작용에 의해 발생된 전기를 집전하여 사용함으로서 하/폐수의 처리뿐만 아니라 추가적으로 전기를 얻어 대체에너지로 활용할 수 있어 더욱 경제적으로 하/폐수 처리시설을 운영할 수 있다.

Claims (5)

1. 하/폐수의 원수가 유입되는 원수 유입구와 슬러지를 여과하기 위한 스크린이 설치된 스크린조(1)와, 상기 스크린조(1)를 통하여 유입되는 하/폐수의 수질 농도를 균질화하고 하수의 처리량을 조절하는 유량조절조(2)와, 격벽(3a)에 의해 폭기부(31)와 혐기부(32)로 구회되어 상기 하/폐수의 오염물질을 미생물의 작용에 의하여 처리하는 반응조(3)와, 상기 반응조(3)에서 발생된 슬러지를 농축하는 농축조(4)와, 상기 농축된 슬러지를 탈수하여 슬러지 케익을 형성하는 탈수기(5)를 포함하여 구성되거나, 상기 반응조(3)를 폭기조(13)의 앞단에 혐기조(11)와 무산소조(12)를 설치하여 폭기조(13)에서 산화된 질소를 제거하기 위할 수 있게 구성된 하/폐수 처리장치에 있어서,

   상기 반응조(3)에 설치된 격벽(3a)에 의해 구획된 폭기부(31)와 혐기부(32) 또는 폭기조(13)와 혐기조(11) 또는 무산소조(11)에 각각 전극을 설치하여 구성되되,

   상기 양극(10)은 폭기부(31) 또는 폭기조(13)에 설치되고, 음극(20)은 혐기부(32) 또는 혐기조(11) 또는 무산소조(12)에 설치됨을 특징으로 하는 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극(10)과 음극(20)은 다공 판체임을 특징으로 하는 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 혐기부(32)에는 미생물의 반응과 가스 배출을 원활하게 하기 위해 교반장치가 더 설치됨을 특징으로 하는 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 양극(10)과 음극(20)을 집전 효율을 증대시키기 위하여 여러 겹으로 설치됨을 특징으로 하는 하/폐수 처리장치를 이용한 발전장치.
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