KR101077825B1 - Electrically active bacteria Fusion Equipment for electricity generation and wastewater treatment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 관한 것으로 이를 더욱 상세히 설명하면 구조적으로 산화부에 혐기조건 및 환원부에 호기조건이 형성되도록 하여 폐수를 미생물에 의해 처리하고 이와 동시에 전기가 발생하도록 하며, 전기발생 및 폐수처리를 할 수 있는 유닛을 모듈화 함으로써 필요한 폐수처리량 등에 따라 선택적으로 전기발생량 및 폐수처리량을 조절할 수 있고, 기존의 활성슬러지조에 설계변경이 없이 사용이 가능한 전기생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment, which will be described in more detail, so that anaerobic conditions and aerobic conditions are formed in the oxidation portion structurally to treat wastewater by microorganisms and simultaneously By modularizing the unit that can generate electricity and wastewater treatment, electricity generation and wastewater treatment can be selectively adjusted according to the amount of wastewater treatment required, and can be used without any design changes to existing activated sludge tanks. An electroactive bacteria fusion device for wastewater treatment.

전기활성박테리아 융합장치, 산화부, 환원부, 전기반응부 Electro-Active Bacteria Fusion Device, Oxidation Unit, Reduction Unit, Electric Reaction Unit

Description

전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치{Electrically active bacteria Fusion Equipment for electricity generation and wastewater treatment}Electrically active bacteria fusion equipment for electricity generation and wastewater treatment

본 발명은 전기생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 관한 것으로 이를 더욱 상세히 설명하면 구조적으로 산화부에 혐기조건 및 환원부에 호기조건이 형성되도록 하여 폐수를 미생물에 의해 처리하고 이와 동시에 전기가 발생하도록 하며, 전기발생 및 폐수처리를 할 수 있는 유닛을 모듈화 함으로써 필요한 폐수처리량 등에 따라 선택적으로 전기발생량 및 폐수처리량을 조절할 수 있고, 기존의 활성슬러지조에 설계변경이 없이 사용이 가능한 전기생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment, which will be described in more detail, so that anaerobic conditions and aerobic conditions are formed in the oxidation portion structurally to treat wastewater by microorganisms and simultaneously By modularizing the unit that can generate electricity and wastewater treatment, electricity generation and wastewater treatment can be selectively adjusted according to the amount of wastewater treatment required, and can be used without any design changes to existing activated sludge tanks. An electroactive bacteria fusion device for wastewater treatment.

일반적으로 전기활성박테리아 융합장치는 종래 생물연료전지(Biofuel Cell), 미생물연료전지(Microbial Fuel Cells), 머드배터리(Mud Battery) 등으로 불리는 전기활성박테리아를 이용한 바이오연료전지 기술을 수정 개선하여 기존 폐수처리장 에 실제 적용이 가능한 실용적 구조의 환경기술-바이오기술 융합형 장치이다.In general, an electroactive battery fusion device is a conventional wastewater by modifying and improving the biofuel cell technology using an electroactive battery called conventional biofuel cells, microbial fuel cells, mud batteries, etc. It is a fusion device of environmental technology and biotechnology with a practical structure that can be applied to a treatment plant.

한편 미생물연료전지는 미생물을 생촉매로 이용하여 미생물이 유기물을 분해 산화하는 과정에서 발생하는 환원력을 전기에너지로 직접 전환시키는 것이다. 최초의 미생물연료전지 개념은 1912년 Potter에 의해 제안되었으며, 이 후 1980년대에 Bennetto에 의해 순수 종의 박테리아가 인공적인 전자매개체를 첨가하였을 때 유기물로부터 비교적 높은 전기를 발생시킬 수 있음을 보여주었다. [Potter, Proc R Soc Ser B, 1912, 84, 260-276; Bennetto 등, Bioeng., 1983, 25, 559; Bennetto 등, Biotechnol. Lett., 1985, 7, 699]Microbial fuel cells, on the other hand, use microorganisms as biocatalysts to directly convert the reducing power generated by microorganisms to decompose and oxidize organic matter into electrical energy. The first microbial fuel cell concept was proposed by Potter in 1912, after which in the 1980s Bennetto showed that pure species of bacteria could generate relatively high electricity from organics when artificial electronic media were added. Potter, Proc R Soc Ser B, 1912, 84, 260-276; Bennetto et al., Bioeng., 1983, 25, 559; Bennetto et al., Biotechnol. Lett., 1985, 7, 699]

상기 전자매개체는 미생물막을 통과하여 미생물 대사과정에서 발생한 전자를 포획하여 환원된 후 다시 막을 통과하여 산화전극으로 이동하여 전극에 전자를 전달하고 산화되는 물질로써 미생물과 전극 간에 전자를 전달하는 역할을 한다. 하지만 전자매개체는 연속 주입에 따른 비용 문제, 미생물에 대한 독성 문제 등으로 인해 영속적인 시스템 운전에 장애를 유발한다.The electron mediator passes through the microbial membrane, captures and reduces electrons generated during the metabolic process of the microorganism, and then passes through the membrane to move to the anode to transfer electrons to the electrodes, and serves to transfer electrons between the microorganisms and the electrodes. . However, electron mediators can interfere with the continuous operation of the system due to the cost of continuous injection and toxicity of microorganisms.

이에 1999년 한국과학기술연구원 김병홍박사 연구팀에서 세계 최초로 개발한 무매개체 미생물연료전지는 혐기성 세균인 철환원 박테리아를 농화 배양하여 전자매개체 도움 없이 미생물로부터 전극으로 전자를 전달하여 전기를 생산할 수 있음을 입증하였고, 이를 통해 새로운 대체 에너지원으로 미생물연료전지의 연구가 활발하게 진행되어 왔다. [김병홍 등, 1999, 한국특허출원, 10-1999-0027168; Kim 등, 1999, J. Microbiol. Biotechnol., 9, 127-131; Kim 등, 1999, Biotechnol. Tech., 13, 475-478]In 1999, the world's first medium-free microbial fuel cell developed by Dr. Byung-Hong Kim's research team at Korea Institute of Science and Technology enriched and cultured iron-reducing bacteria, anaerobic bacteria, and proved that electricity can be produced by transferring electrons from microorganisms to electrodes without the help of an electronic medium. As a result, research into microbial fuel cells has been actively conducted as a new alternative energy source. [Kim Byung-hong et al., 1999, Korean patent application, 10-1999-0027168; Kim et al., 1999, J. Microbiol. Biotechnol., 9, 127-131; Kim et al., 1999, Biotechnol. Tech., 13, 475-478]

많은 미생물들이 유기물 대사 과정에서 발생한 전자를 전극으로 직접 전달할 수 있으며, 대표적으로 Geobacter sulfurreducens , Shewanella putrefaciens , Clostridium butyricum , Desulfovibrio desulfurcans , Rhodoferax ferrireducens 등이 있다.Many microorganisms are able to transfer electrons from organic metabolism directly to the electrode, typically Geobacter sulfurreducens , Shewanella putrefaciens , Clostridium butyricum , Desulfovibrio desulfurcans , Rhodoferax ferrireducens .

하지만 상기에서 열거한 미생물(전기활성박테리아)은 엄격한 혐기조건을 요구하거나 기질 특이성에 따라 특정 유기물만 분해 가능하다는 단점이 있으며, 외부 환경 변화에 쉽게 활성도가 영향을 받기 때문에 까다로운 운전 조건을 유지해야 한다는 한계점이 있다.However, the above-mentioned microorganisms (electro-active bacteria) have the disadvantage of requiring strict anaerobic conditions or degrading specific organic substances according to substrate specificity, and maintaining difficult operating conditions because their activity is easily affected by external environmental changes. There are limitations.

이에 다양한 전기활성박테리아를 혼합 배양할 경우 기질 이용의 폭이 넓어져 유기물이 다량 함유된 폐수를 연료로 사용하여 폐수 처리와 동시에 전기를 생산할 수 있을 것으로 예상되어 이에 관한 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 글루코스, 아세테이트와 같은 순수 기질을 주입한 경우에 비해서 폐수를 주입한 경우는 전기 발생량이 현저히 떨어졌으며, 유기물 제거율 또한 낮은 것으로 보고되고 있다. [Aelterman 등, Wat. Sci. Technol., 2006, 54(8), 9-15]In the case of mixed culture of various electroactive bacteria, it is expected that the use of the substrate is widened, and thus, it is expected that the wastewater containing a large amount of organic matter can be used as fuel to generate electricity simultaneously with the wastewater treatment. However, when the wastewater is injected, the amount of electricity generated is significantly lower than that of pure substrates such as glucose and acetate, and the organic removal rate is also reported to be low. Alterman et al., Wat. Sci. Technol., 2006, 54 (8), 9-15]

또한 현재까지 보고된 전기활성박테리아 융합장치 즉 전기활성박테리아를 이용한 미생물연료전지는 단지 실험실 규모의 소형 반응기를 대상으로 얻어진 결과이다. 또한, 이들 장치들은 전기활성박테리아의 농화 배양에 어려움, 미생물 최적 활성을 위한 까다로운 운전 조건, 환원전극으로의 수소이온 이동에 따른 내부 저항, 산화전극으로 산소의 확산에 따른 효율 저하 등 다양한 문제점들이 복합적으로 산재하여 낮은 전기발생량 및 폐수처리 효율을 나타내고 있다.In addition, the microbial fuel cells using the electroactive bacteria fusion device, that is, reported so far, are obtained from a small reactor on a laboratory scale. In addition, these devices have various problems such as difficulty in enriching culture of electroactive bacteria, demanding operating conditions for optimum activity of microorganisms, internal resistance due to the movement of hydrogen ions to the cathode, and reduction in efficiency due to diffusion of oxygen into the anode. It is interspersed with low electricity generation and wastewater treatment efficiency.

상기에서 언급한 전기활성박테리아를 이용한 무매개체 미생물연료전지(전기활성박테리아융합장치)에 대한 일 예로 대한민국 특허등록 제332932호 "폐수 및 폐수처리용 활성슬러지를 사용한 생물연료전지"에서는 양극과 음극, 이들 양극 및 음극의 전도매체 및 이들 두 극 사이의 이용교환막으로 이루어지며, 음극부위에 활성슬러지와 폐수가 함유되어 있는 생물연료전지를 제시하고 있다. As an example of a medium-free microbial fuel cell (electro-active bacterial fusion device) using the above-mentioned electroactive bacteria in the Republic of Korea Patent No. 332932 "Bio fuel cell using activated sludge for wastewater and wastewater treatment", positive and negative electrodes, A biofuel cell consisting of a conductive medium of these anodes and cathodes and an exchange membrane used between these two poles and containing activated sludge and wastewater at the cathode portion is proposed.

그런데 상기 발명에서는 음극에 질소를 별도로 주입하여 혐기조건을 형성하도록 하며 양극에는 별도로 산소를 주입하여 호기조건을 형성하도록 하는 번거로움이 있으며, 구조적으로 산화부(산화전극)로 산소의 확산에 따른 효율 저하의 문제점이 상존하고 있는 것이고, 실제로 폐수처리장에 적용 시 활성슬러지조 등에 설계변경이 필요한 문제점이 있다. However, in the present invention, there is a hassle to form an anaerobic condition by separately injecting nitrogen to the cathode, and to form an aerobic condition by separately injecting oxygen into the anode, and structurally, efficiency due to diffusion of oxygen into the oxidizing unit (oxide electrode). There is a problem of deterioration, and there is a problem in that a design change is required in an activated sludge tank when applied to a wastewater treatment plant.

따라서, 상기 언급한 문제점들을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 구조적으로 산화부에 혐기조건 및 환원부에 호기조건을 생성함으로써 별도의 장치 없이 전기활성박테리아 등에 의해 전기발생과 동시에 폐수처리가 가능하도록 하며, 기존 폐수처리장에서 설계 구조의 변경 없이 바로 전기를 생산함과 동시에 폐수처리가 가능한 한 전기활성박테리아 융합장치를 제공하고자 함이다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above-mentioned problems is to structurally generate the anaerobic condition and the aerobic condition in the reducing part to enable the wastewater treatment simultaneously with the generation of electricity by the electroactive bacteria and the like without a separate device. In addition, the present invention aims to provide an electro-active bacterium fusion device as far as possible, while producing electricity directly without changing the design structure in the existing wastewater treatment plant.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 폐수가 유입되는 유입구가 하나 이상 상면에 형성되는 산화부와; In order to achieve the above object, an electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention includes an oxidation unit having at least one inlet formed on an upper surface thereof through which wastewater is introduced;

상기 산화부와 접하며 상단에 월류구가 형성되는 환원부와; 상기 산화부와 상기 환원부를 나뉘면서 하방향으로 돌출되고 하부에 상기 산화부에서 산기 환원부로의 유동로가 형성되도록 하며 상기 산화부 방향에 산화전극이 상기 환원부 방향에 환원전극이 사이에 수소이온교환막을 두고 형성되는 전기반응부;로 구성되는 하나 이상의 미생물연료전지 유닛이 조립되어 구성됨을 특징으로 한다.A reducing part in contact with the oxidizing part and formed with a mouth opening at an upper end thereof; The oxidizing part and the reducing part are separated and protrude in a downward direction to form a flow path from the oxidizing part to an acidic reducing part in the lower part, and an anode in the direction of the oxidation part is connected to a reducing electrode in the direction of the reducing part. Characterized in that the one or more microbial fuel cell unit consisting of; an electric reaction unit formed with an exchange membrane.

본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 상기 미생물연료전지 유닛의 조립에 의해 형성되는 바, 상기 유닛의 조립 시 유닛과 타 유닛의 산화부와 환원부의 접합부에는 상기 산화부 방향에 산화전극이 상기 환원부 방향에 환원전극이 사이에 수소이온교환막을 두고 형성되는 접합부 전기반응부가 구성됨이 바람직하다.Electro-active bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is formed by the assembly of the microbial fuel cell unit, when the unit is assembled to the junction of the oxidation unit and the reducing unit of the unit and the other unit direction of the oxidation unit It is preferred that the junction electrode reaction part is formed such that the anode is formed with a hydrogen ion exchange membrane between the cathode in the direction of the reduction part.

본 발명의 일 구성인 상기 월류구는 상기 환원부의 상단에 형성됨에 있어 산화부의 수위보다 낮게 구성되어 수두차에 의해 자연스런 유입 폐수의 흐름이 형성되도록 구성됨이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the overflow port is formed at the upper end of the reducing part, and is configured to be lower than the level of the oxidation part, so that the natural inflow of wastewater is formed by the water head difference.

본 발명의 상기 환원부의 하면에는 복수의 관통공이 형성됨에 의해 활성슬러지조로부터의 폭기에 의한 산소가 상기 환원부 내부로 유입될 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.The lower part of the reducing unit of the present invention is characterized in that the through-hole is formed so that oxygen by the aeration from the activated sludge tank can be introduced into the reducing unit.

본 발명의 상기 산화부의 하면에는 상기 유동로 방향으로 하향 경사구배가 형성되는 경사면을 구성하여 폐수의 흐름을 유도하고, 산소의 산화부로의 유입을 방지함이 바람직하다.The lower surface of the oxidizing portion of the present invention is configured to form a slope in which the downward gradient is formed in the flow path direction to induce the flow of waste water, it is preferable to prevent the inflow of oxygen into the oxidizing portion.

본 발명의 각각의 산화전극과 환원전극에는 연계형 인버터가 전기적으로 연결됨을 특징으로 한다.Each of the anode and the cathode of the present invention is characterized in that the linked inverter is electrically connected.

본 발명은 상기 산화부의 폭이 상기 환원부의 폭보다 작게 구성됨으로써 구조적으로 상기 산화부에 혐기조건을 형성하도록 구성됨에 특징이 있다.The present invention is characterized in that the width of the oxidizing portion is configured to be smaller than the width of the reducing portion to structurally form the anaerobic condition of the oxidizing portion.

한편 본 발명은 기존의 활성슬러지조에 장착시킴에 의해 사용될 수 있는 바, 본 발명을 기존의 활성슬러지조에 장착시킴에 있어 상기 월류구는 벌크용액의 수위보다 높거나 같게 활성슬러지조에 장착(내장)시킴을 특징으로 한다.On the other hand, the present invention can be used by mounting to the existing activated sludge tank, in the case of mounting the present invention to the existing activated sludge tank, the overflow port is mounted (built in) to the activated sludge tank higher than or equal to the level of the bulk solution. It features.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 구조적으로 산화부에 혐기조건 및 환원부에 호기조건을 생성함으로써 전기활성박테리아 등에 의해 전기발생과 동시에 폐수처리가 가능하도록 하는 장점이 있다.The electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention configured as described above is structurally generated by anaerobic conditions and aerobic conditions in the reducing part, and can be treated simultaneously with the generation of electricity by electroactive bacteria and the wastewater treatment. There is an advantage to this.

또한, 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 기존 폐수처리장 활성슬러지조에 직접 침지(장착)하여 설계 구조의 변경 없이 바로 전기를 생산함과 동시에 폐수처리가 가능한 장점이 있다. In addition, the electroactive bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is directly immersed (installed) in the existing wastewater treatment plant activated sludge tank has the advantage that the wastewater treatment can be produced at the same time to produce electricity directly without changing the design structure.

또한 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는환원부 내 독립영양박테리아를 환원반응의 생촉매로 이용하여 폭기량을 감소하도록 유도함으로써 폐수처리장의 에너지 사용량을 크게 감소시킬 수 있어 경제적인 장점이 있다.In addition, the electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention can significantly reduce the energy consumption of the wastewater treatment plant by inducing the aeration to be reduced by using the independent nutritional bacteria in the reduction unit as a biocatalyst of the reduction reaction. There is an economic advantage.

또한, 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 연계형 인버터를 통해 일정한 출력으로 공급함으로써 폐수처리장 소모 전력의 일부를 충당하는 자원 순환형 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있다.In addition, the electro-active bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention has the advantage that can be built in a resource recycling system to cover a part of the wastewater treatment plant power consumption by supplying a constant output through the associated inverter.

또한, 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 각각 전기 생산 및 폐수처리를 할 수 있는 복수의 유닛을 조립하여 사용할 수 있는 바, 필요한 전력량 및 폐수처리의 용량 등에 따라 그 용량을 선택적으로 구성할 수 있으며, 유닛의 모듈화에 의해 전력 발생 및 폐수 처리 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.In addition, the electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention can be used by assembling a plurality of units capable of producing electricity and wastewater treatment, respectively, its capacity according to the amount of power required and the capacity of wastewater treatment, etc. It can be configured selectively, and the modularity of the unit has the advantage of maximizing the power generation and wastewater treatment efficiency.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구성을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred configuration of the present invention.

도 1은 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치가 활성슬러지조에 장착된 상태를 나타내는 사시도이고,1 is a perspective view illustrating a state in which an electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is mounted in an activated sludge tank,

도 2는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치가 활성슬러지조에 장착된 상태를 나타내는 측단면도이고,2 is a side cross-sectional view showing a state in which an electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is mounted in an activated sludge tank,

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 있어 일 유닛 및 2개의 유닛이 조립된 상태를 나타내는 측단면도 이고, 3A to 3B are side cross-sectional views showing a state in which one unit and two units are assembled in an electroactive bacterial fusion device for electricity generation and wastewater treatment of the present invention,

도 4는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 있어서, 유닛 내부에서 작동관계를 나타내는 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치를 표준활성슬러지법으로 운전되는 기존 폐수처리장에 적용 시 예상되는 공정 개략도이다. Figure 4 is a side cross-sectional view showing the operating relationship within the unit in the electroactive bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention, Figure 5 is an electroactive bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention Is an expected process schematic when applied to an existing wastewater treatment plant operated with standard activated sludge.

본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 산화부(110), 환원부(120) 및 전기반응부(130)로 구성된 미생물연료전지 유닛(100)이 하나 이상 조립되어 기존의 활성슬러지조(10)에 침지(장착)시킴으로써 전기 생산 및 폐수처리가 가능하도록 하는 장치이다.Electro-active bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is a microbial fuel cell unit 100 composed of an oxidation unit 110, a reduction unit 120 and the electrical reaction unit 130 is assembled one or more existing It is an apparatus that enables electricity production and wastewater treatment by dipping (mounting) in the activated sludge tank 10.

우선 산화부(110)는 도 2 등에서 보는 바와 같이 상면에 폐수가 유입되는 유입구(111)가 하나 이상 형성되어 외부 즉 도 5에서 보는 바와 같이 1차침전조(2)로부터 1 차 침전이 완료된 폐수가 유입되도록 하는 구성으로 상기 산화부(110)의 형상은 다양하게 구성될 수 있으나, 도 1 등에서는 일 예로 폭이 좁고 내부에 공간부가 형성되는 육면체 형상으로 구성될 수 있다. First, as shown in FIG. 2, the oxidation unit 110 has at least one inlet 111 through which wastewater is introduced into the upper surface thereof, and thus, wastewater from which the primary precipitation is completed from the primary settling tank 2 as shown in FIG. 5. The oxidation unit 110 may be configured in various ways in such a way as to be introduced therein. However, in FIG. 1, for example, the oxidation unit 110 may have a hexahedral shape having a narrow width and a space formed therein.

또한, 상기 산화부(110)의 하면에는 이하에서 설명할 유동로(131) 방향으로 하향 경사구배가 형성된 경사면(112)이 구성됨이 타당하다. 상기 경사면(112)의 구성에 의해 산화부(110)에서 하향하는 폐수의 흐름이 이하에서 설명할 환원부(120)로 유도될 것이며, 환원부(120)로부터 산소가 산화부(110)로 유도되는 것이 방지될 수 있는 것이다. 즉 산화부(110)의 혐기조건이 구조적으로 만족될 수 있는 것이다.In addition, it is reasonable that the inclined surface 112 is formed on the lower surface of the oxidizing unit 110, the downward slope in the direction of the flow path 131 to be described later. By the configuration of the inclined surface 112, the flow of wastewater downward from the oxidation unit 110 will be induced to the reduction unit 120, which will be described below, and oxygen is induced from the reduction unit 120 to the oxidation unit 110. Can be prevented. That is, the anaerobic condition of the oxidation unit 110 may be structurally satisfied.

또한, 상기 산화부(110)의 폭(D1)이 상기 환원부(120)의 폭(D2)보다 작게 구 성됨이 타당한데, 상기에서 언급하는 폭은 이하에서 설명할 전기반응부(130)와 직교하는 방향에서의 폭으로써 이렇게 상기 산화부(110)의 폭(D1)을 상기 환원부(120)의 폭(D2)보다 작게 구성하는 것은 산화부(110)의 공간을 좁고 길게 구성함으로써 환원부(120) 보다 빠른 폐수의 하향유동을 유도하고 산화부(110) 내부의 혐기조건을 만족시키기 위함이다. 즉 혐기 조건에 의해 폐수 및 활성슬러지에 존재하는 다양한 미생물 중 이하에서 설명할 산화전극(132)을 전자수용체로 사용할 수 있는 전기활성박테리아만이 생존에 유리하게 함으로써, 이들이 산화전극(132) 표면에 선택적으로 농화 배양되어 생물막(a)이 형성될 수 있도록 하기 위함이다.In addition, it is reasonable that the width (D1) of the oxidation unit 110 is configured to be smaller than the width (D2) of the reduction unit 120, the above-mentioned width is the electrical reaction unit 130 and The width D1 of the oxidizing unit 110 is smaller than the width D2 of the reducing unit 120 as the width in the orthogonal direction. In order to induce a downward flow of the wastewater faster than 120 and to satisfy the anaerobic conditions inside the oxidation unit 110. That is, among the various microorganisms present in the wastewater and activated sludge due to anaerobic conditions, only the electroactive bacteria which can use the anode 132 which will be described below as an electron acceptor are advantageous for survival, so that they are formed on the surface of the anode 132. In order to selectively form a concentrated biofilm (a).

상기 환원부(120)는 상기 산화부(110)와 이하에서 설명할 전기반응부(130)를 경계로 내부에 공간부가 형성되면서 나뉘는 구성으로 상기 환원부(120)의 형상도 다양하게 구성될 수 있으나, 도 1 등에서 보는 바와 같이 폭이 넓고(산화부(110) 보다) 내부에 공간부가 형성되는 육면체 형상으로 구성될 수 있다. 상기 환원부(120)의 하면에는 복수의 관통공(122)이 형성되어 도 2에서 보는 바와 같이 활성슬러지조(10)로부터의 폭기(송풍기(11)와 산기기(12)가 연동하여 산소를 발생시키는 것)에 의한 산소가 상기 환원부(120) 내부로 유입될 수 있도록 구성된다. 이렇게 환원부(120) 내부로 산소가 유입됨에 의해 산화부(110)로부터 유동된 폐수는 산소의 부상과 함께 상향흐름을 형성하며 이하에서 설명할 환원전극(133) 표면에서는 독립영양박테리아를 생촉매로 이용하여 산화부(110)에서 이동한 수소와 환원전극(133)으로 전달된 전자, 그리고 환원부(120) 내 산소 혹은 결합산소(질산염 등)가 생화학반응을 일으켜 최종 환원반응이 일어나게 되는 것이다. The reduction unit 120 may be configured in a variety of shapes of the reduction unit 120 in a configuration in which a space is formed inside the boundary between the oxidation unit 110 and the electric reaction unit 130 to be described below. However, as shown in FIG. 1 and the like, it may be configured to have a hexahedral shape having a wider width (rather than the oxidation part 110) and having a space formed therein. A plurality of through-holes 122 are formed in the lower surface of the reducing unit 120, as shown in FIG. 2, the aeration from the activated sludge tank 10 (the blower 11 and the acid generator 12 interlock with oxygen). Oxygen by the generated) can be introduced into the reduction unit 120. The wastewater flowing from the oxidizing unit 110 by the introduction of oxygen into the reducing unit 120 forms an upward flow with the rise of oxygen, and a biocatalyst is formed on the surface of the reducing electrode 133 to be described below. Hydrogen moved from the oxidizing unit 110, electrons transferred to the reducing electrode 133, and oxygen or combined oxygen (nitrate, etc.) in the reducing unit 120 cause a biochemical reaction, thereby causing a final reduction reaction. .

상기 환원부(120)에는 상단에 월류구(121)가 형성되는 바, 상기 월류구(121)를 통해 환원부(120)에서 유기물이 분해가 된 폐수가 활성슬러지조(10)로 유출되는 것이다. 상기 월류구(121)는 도 2 등에서 보는 바와 같이 상기 환원부(120)의 상단에 형성됨에 있어 상기 산화부(110)의 수위보다 낮게 구성됨이 바람직하다. 이렇게 구성되는 것은 상기 산화부(110)의 수위와 상기 환원부(120)의 수위에 수두차가 발생하게 하여 구조적으로 어떠한 동력원도 없이 폐수의 흐름을 상기 산화부(110)에서 상기 환원부(120)로 유동하게 하는 것이다. 또한, 본 발명은 기존의 활성슬러지조(10)에 장착시킴에 의해 사용될 수 있는 바, 본 발명을 기존의 활성슬러지조(10)에 장착시킴에 있어 도 2 등에서 보는 바와 같이 상기 월류구(121)는 활성슬러지조(10)의 벌크용액(13)의 수위보다 높거나 같게 활성슬러지조(10)에 침지(장착)시킴이 타당하다. 즉 상기 월류구(121)의 밑테두리가 벌크용액(13)의 수위보다 높거나 같게 구성함으로써 벌크용액(13)이 환원부(120)로 역유입 되는 것을 방지하고, 이 또한 본 발명과 벌크용액(13) 간에 수두차를 형성하게 하여 환원부(120)로부터 유기물이 최종적으로 제거된 폐수가 벌크용액(13)으로 유출될 수 있도록 하는 것이다.The outlet portion 121 is formed on the upper end of the outlet port 121, the waste water from which the organic matter is decomposed in the reducing unit 120 through the outlet outlet 121 is discharged to the activated sludge tank 10. . As shown in FIG. 2 and the like, the overflow port 121 is preferably configured to be lower than the water level of the oxidation unit 110 in the upper portion of the reduction unit 120. In this way, the water level of the oxidation unit 110 and the water level of the reduction unit 120 to generate a water head difference in the flow of waste water without any power source structurally from the oxidation unit 110 to the reduction unit 120 To flow. In addition, the present invention can be used by mounting to the existing activated sludge tank 10, in the mounting of the present invention to the existing activated sludge tank 10, as shown in FIG. ) Is immersed (mounted) in the activated sludge tank 10 higher than or equal to the level of the bulk solution 13 of the activated sludge tank 10. That is, the bottom edge of the overflow port 121 is configured to be higher than or equal to the level of the bulk solution 13, thereby preventing the bulk solution 13 from flowing back into the reducing unit 120, and the present invention and the bulk solution By forming a hydrocephalus between the (13) so that the waste water from which the organic matter is finally removed from the reducing unit 120 can flow into the bulk solution (13).

또한, 본 발명의 일 구성인 미생물연료전지 유닛(100)에는 전기반응부(130)가 구성되는데, 상기 전기반응부(130)는 상기 산화부(110)와 상기 환원부(120)를 나뉘면서 하방향으로 돌출되고 하부에 상기 산화부(110)에서 산기 환원부로(120)의 유동로(131)가 형성되도록 하며 상기 산화부(110) 방향에 산화전극(132)이 상기 환원부(120) 방향에 환원전극(133)이 사이에 수소이온교환막(134)을 두고 형성된다. In addition, the microbial fuel cell unit 100, which is one component of the present invention, includes an electric reaction unit 130, and the electric reaction unit 130 divides the oxidation unit 110 and the reduction unit 120. Protruding downward and the flow path 131 of the acid reduction unit 120 from the oxidizing unit 110 is formed in the lower portion, the anode 132 in the direction of the oxidizing unit 110 is the reducing unit 120 The reduction electrode 133 is formed with the hydrogen ion exchange membrane 134 therebetween.

즉 도 3a 등에서 보는 바와 같이 전기반응부(130)는 상기 산화부(110)와 상기 환원부(120)의 경계로써 하부에 상기 산화부(110)와 상기 환원부(120)를 연통하도록 하는 유동로(131)가 형성되도록 하는 구성이다. 또한 상기 전기반응부(130)는 상기 산화부(110)와 접하는 면에 산화전극(132)이 구성되고, 상기 환원부(120)와 접하는 면에 환원전극(133)이 구성되며, 산화전극(132)과 환원전극(133) 사이에 수소이온교환막(134)이 구성되는 것으로 상기 산화전극(132), 상기 환원전극(133) 및 수소이온교환막(134)은 볼트결합(도면번호 도시되지 않음.) 등에 의해 부착되는 구성에 해당한다. 이렇게 산화전극(132)과 환원전극(133)을 수소이온교환막(134)과 접하도록 구성함에 의해 즉 각각의 전극(132, 133) 간의 간격을 최소화 함으로써 도 4에서 보는 바와 같이 수소이온의 이송 과정에서 발생하는 저항을 최소화 할 수 있게 되는 것이다. That is, as shown in FIG. 3A, the electric reaction unit 130 flows to communicate the oxidation unit 110 and the reduction unit 120 at a lower portion as a boundary between the oxidation unit 110 and the reduction unit 120. The furnace 131 is configured to be formed. In addition, the electrical reaction unit 130 has an anode 132 is formed on the surface in contact with the oxidation unit 110, a reduction electrode 133 is configured on the surface in contact with the reducing unit 120, the oxidation electrode ( A hydrogen ion exchange membrane 134 is formed between the 132 and the reduction electrode 133 so that the anode 132, the reduction electrode 133, and the hydrogen ion exchange membrane 134 are bolted (not shown in the drawing). Corresponds to the configuration attached by). As such, the anode 132 and the cathode 133 are configured to be in contact with the hydrogen ion exchange membrane 134, thereby minimizing the distance between the electrodes 132 and 133, thereby transferring hydrogen ions as shown in FIG. 4. It is possible to minimize the resistance generated in the.

상기 산화전극(132)은 상기 산화부(110)의 혐기 조건에 의해 폐수의 연속적인 공급으로 인해 폐수 내에 존재하는 전기활성박테리아가 선택적으로 산화전극(132) 표면에 생물막(a)을 형성하여 우점화 될 수 있는 환경이 조성되는 것이다. The anode 132 has a biofilm (a) formed on the surface of the anode 132 selectively by the electroactive bacteria present in the wastewater due to the continuous supply of wastewater by the anaerobic condition of the oxidation unit 110. An environment that can be ignited is created.

상기 산화전극(132)에서의 작용을 더욱 상세히 설명하면, 산화부(110)의 혐기조건에 따라 혐기성 세균인 발효미생물들이 일차적으로 폐수의 고분자 유기물을 분해하여 대사과정에 사용하며, 이 후 저분자 형태의 유기물 및 발효산물은 산화전극(132) 표면에 우점 화 된 전기활성박테리아의 기질로 사용되어 이들 미생물의 대사과정에서 발생한 전자가 환원력에 의해 전자매개체 없이 산화전극(132)을 통해 이하에서 설명할 환원전극(133)으로 이동하여 전기를 발생시키는 것이다. 또한, 이 렇게 전기를 발생시키는 것과 더불어 산화전극(132) 및 산화부(110) 내에서 대부분의 폐수 중의 유기물이 분해됨으로써 높은 효율의 폐수처리를 달성하게 되는 것이다. 또한, 산화전극(132) 및 산화부(110) 내 우점종인 전기활성박테리아는 일반적으로 혐기성 세균으로 고유 세포 성장률이 호기성 세균에 비해 낮다. 이에 더하여 전기활성박테리아는 대사 과정에서 발생한 전자를 산화전극(132)으로 전달하여 외부 부하에 소모함으로써 세포 생장을 위한 대사 에너지의 제한을 받게 되므로 일반적은 혐기성 세균에 비해 보다 낮은 세포 성장률을 나타낸다. 이러한 이유로 산화부(110) 내에서는 활성슬러지조(10)에 비해 발생하는 슬러지 량이 현저하게 감소할 수 있게 되는 것이다.Referring to the action of the anode 132 in more detail, according to the anaerobic conditions of the oxidizing unit 110, fermentation microorganisms, anaerobic bacteria, primarily decomposes the polymer organic matter in the wastewater and uses it for metabolism, and then the low molecular form The organics and fermented products of are used as the substrate of the electroactive bacteria dominated on the surface of the anode 132, the electrons generated in the metabolic process of these microorganisms will be described below through the anode 132 without electron media by the reducing power It moves to the reduction electrode 133 to generate electricity. In addition, in addition to generating electricity as described above, organic materials in most wastewater are decomposed in the anode 132 and the oxidation unit 110 to achieve high efficiency wastewater treatment. In addition, electroactive bacteria, which are the dominant species in the anode 132 and the oxidation unit 110, are generally anaerobic bacteria, and their intrinsic cell growth rate is lower than that of aerobic bacteria. In addition, the electroactive bacterium is limited to metabolic energy for cell growth by transferring electrons generated in the metabolic process to the anode 132 and being consumed by an external load, thereby exhibiting a lower cell growth rate than the anaerobic bacteria in general. For this reason, the amount of sludge generated in the oxidation unit 110 as compared with the activated sludge tank 10 can be significantly reduced.

상기 환원전극(133)은 상기 산화전극(132)으로부터 전자가 이동하여 전기가 발생하게 하는 것이고, 폐수처리 부분에서는 상기 환원전극(133)을 전자공여체로 활용하고 환원부(120)에 공급되는 산소 또는 결합산소(질산염, 황산염 등)를 전자수용체로 사용하는 독립영양박테리아가 상기 환원전극(133) 표면에 생물막을 형성하여 우점화 될 수 있게 된다. 즉 환원전극(133)에 기존의 백금 등의 화학물질을 촉매로 사용하지 않고 상기 독립영양박테리아를 생촉매로 하여 환원전극(133) 및 환원부(120)의 환원반응 효율을 개선시키게 되는 것이다. The reduction electrode 133 is to move the electrons from the anode 132 to generate electricity, in the wastewater treatment portion using the reduction electrode 133 as an electron donor and oxygen supplied to the reduction unit 120 Alternatively, an independent nutrient bacterium using combined oxygen (nitrate, sulfate, etc.) as an electron acceptor may be dominated by forming a biofilm on the surface of the cathode 133. That is, the reduction electrode 133 and the reduction unit 120 may be improved in efficiency by using the independent nutrient bacteria as a biocatalyst without using a conventional chemical such as platinum as a catalyst for the cathode 133.

상기에서 보듯이 본 발명은 산화부(110) 내에서 폐수 중의 대부분 유기물이 분해가 일어나도록 함으로써 호기 조건이 유지되는 환원부(120) 및 환원전극(133)에서는 폐수 중의 암모니아성 질소가 질산염으로 질산화 되는 환경을 조성하게 되는 것이며, 이러한 질산염이 환원전극(133) 표면상에 존재하는 탈질 박테리아에 의 해 질소 가스로 탈질 되어 질소 제거가 동시에 일어날 수 있게 되는 것이다.As described above, in the present invention, ammonia nitrogen in the wastewater is nitrified to nitrate in the reducing unit 120 and the reducing electrode 133 where the aerobic conditions are maintained by causing decomposition of most organic matter in the wastewater in the oxidation unit 110. The nitrate is denitrated by nitrogen gas by denitrifying bacteria present on the surface of the cathode 133 so that nitrogen removal can occur at the same time.

상기 수소이온교환막(134)은 도 4에서 보는 바와 같이 수소이온을 선택적으로 투과시키는 기능을 갖는 것이다.The hydrogen ion exchange membrane 134 has a function of selectively permeating hydrogen ions as shown in FIG. 4.

도 4를 참조하여 상기 미생물연료전지 유닛(100)의 작용을 살펴보면 폐수는 일차적으로 산화부(110)의 유입구(111)를 통해 분산 주입되며, 폭이 좁고 깊이가 깊은 산화부(110) 내부를 하향하면서 산화부(110) 양 측면(일 측면)에 설치된 산화전극(132) 표면의 생물막(a)과 접촉하여 전기활성박테리아에 효과적으로 유기물이 공급된다. 폐수는 산화부(110)를 이동하면서 대부분의 유기물이 전기활성박테리아 등에 의해 소모되고, 환원부(120)로 유동을 하고, 환원부(120)에서는 잔여 유기물의 분해, 암모니아성 질소의 질산화 과정이 진행됨과 동시에 환원전극(133) 표면에서는 독립영양박테리아를 생촉매로 이용하여 산화부(110)로부터 이동한 수소와 환원전극으로 전달된 전자, 그리고 환원부(120) 내 산소 혹은 결합산소(질산염 등)가 생화학반응을 일으켜 최종 환원반응이 일어나게 된다.Looking at the action of the microbial fuel cell unit 100 with reference to Figure 4 wastewater is first injected into the dispersion through the inlet 111 of the oxidizing unit 110, a narrow and deep inside the oxidation unit 110 While downward, the organic material is effectively supplied to the electroactive bacterium by contacting the biofilm a on the surface of the anode 132 provided at both sides (one side) of the oxidation unit 110. Waste water moves through the oxidizing unit 110, most of the organic material is consumed by the electroactive bacteria, etc., flows to the reducing unit 120, the reduction unit 120 is decomposed residual organic matter, nitrification of ammonia nitrogen At the same time, on the surface of the cathode 133, using the independent nutrient bacteria as a biocatalyst, hydrogen transferred from the oxidizing unit 110 and electrons transferred to the cathode, and oxygen or combined oxygen (nitrate, etc.) in the reducing unit 120 ) Causes a biochemical reaction, resulting in a final reduction reaction.

이렇게 환원전극(133)을 통과하여 상부로 이동한 폐수는 환원부(120) 상단에 구성된 월류구(121)를 통해 월류하여 활성슬러지조(10) 벌크 용액(130)과 합류하며, 합류된 폐수는 도 5에서 보는 바와 같이 추가적으로 유기물 제거와 질산화 반응이 유도된 뒤 2차 침전조(3) 혹은 제 2 혹은 제 3의 활성슬러지조로 이동하게 되는 것이다.The wastewater moved to the upper portion through the reduction electrode 133 flows through the overflow port 121 formed at the upper end of the reduction unit 120 to join the bulk solution 130 of the activated sludge tank 10, and joins the wastewater. As shown in FIG. 5, the organic matter removal and nitrification reaction are induced and then moved to the secondary precipitation tank 3 or the second or third activated sludge tank.

한편 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치는 상기 미생물연료전지 유닛(100)의 조립에 의해 형성되는 바, 도 3a는 미생물연료전 지 유닛(100) 1개를 나타내는 측단면도이고, 도 3b는 미생물연료전지 유닛(100) 2개가 조립된 상태를 나타내는 측단면도이다. Meanwhile, the electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is formed by assembling the microbial fuel cell unit 100, and FIG. 3A is a side cross-sectional view showing one microbial fuel cell unit 100. 3B is a side cross-sectional view showing a state in which two microbial fuel cell units 100 are assembled.

도 3b에서 보는 바와 같이 상기 미생물연료전지 유닛(100)의 조립 시 유닛과 유닛 사이에 접합부 전기반응부(140)가 구성됨이 바람직한데, 상기 접합부 전기반응부(140)의 경우도 산화전극(132)과 환전전극(133)이 구성되고 그 사이에 수소이온교환막(134)이 구성됨은 상기 전기반응부(130)와 동일하다. 따라서 접합부 전기반응부(140)에서 산화전극(132), 환전전극(133) 및 수소이온교환막(134)의 기능에 대한 설명은 생략한다. 단 접합부 전기반응부(140)는 유닛(100)의 조립 시 유닛과 유닛 사이에 접합부에 구성되는 구조로, 도 3b에서 보는 바와 같이 유닛(100)의 환원부(120)와 타 유닛(100’)의 산화부(110’)의 접합부에 구성되는 구조가 제시되는 바, 상기 산화부(110’) 방향에 접합부 전기반응부(140)의 산화전극(132)이 위치하도록 구성되며, 상기 환원부(120) 방향에 접합부 전기반응부(140)의 환원전극(133)이 위치하도록 구성되는 것이다. 이렇게 구성됨에 의해 유닛(100)의 조립 시 각각의 산화부(110) 및 환원부(120)에 산화전극(132) 및 환원전극(133)이 2개씩 대향하도록 구성됨에 의해 결국 전극 표면적을 두 배 향상시킴으로써 생물막(a,b)의 부착 공간을 늘리고 결과적으로 폐수의 처리효율을 배가시키게 되는 것이다.As shown in FIG. 3B, when the microbial fuel cell unit 100 is assembled, the junction electric reaction unit 140 is preferably configured between the unit and the unit. In the case of the junction electric reaction unit 140, the anode 132 is also provided. ) And the exchange electrode 133 and the hydrogen ion exchange membrane 134 are formed in the same manner as the electrical reaction unit 130. Therefore, the description of the function of the anode 132, the exchange electrode 133 and the hydrogen ion exchange membrane 134 in the junction electrical reaction unit 140 will be omitted. However, the junction electrical reaction unit 140 has a structure configured at the junction between the unit and the unit when the unit 100 is assembled. As shown in FIG. 3B, the reduction unit 120 and the other unit 100 ′ of the unit 100 are shown. The structure formed at the junction of the oxidation unit 110 ′ of) is presented, and the oxidation electrode 132 of the junction electrical reaction unit 140 is positioned in the direction of the oxidation unit 110 ′, and the reduction unit The reduction electrode 133 of the junction electric reaction unit 140 is positioned in the direction of 120. In this way, when the unit 100 is assembled, the two electrodes 132 and the cathode 133 are opposed to each of the oxidation unit 110 and the reduction unit 120, thereby doubling the electrode surface area. This improves the space for attaching the biofilms (a, b) and consequently doubles the treatment efficiency of the wastewater.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 복수의 미생물연료전지 유닛(100)이 결합되어 구성되고, 이를 통해 단위부피당 발생할 수 있는 전력발생량을 극대화하고 폐수 처리효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 한편 본 발명은 도 5에서 보는 바와 같이 각각의 유닛(100)에서 발생하는 전기가 일정하지 않을 것이므로 각각의 유닛(100)으로부터 발생한 전기가 시간에 따라 일정한 출력으로 공급되도록 하는 연계형 인버터(150)가 더 구성된다.As described above, the plurality of microbial fuel cell units 100 may be coupled to each other, thereby maximizing the amount of power generated per unit volume and improving wastewater treatment efficiency. Meanwhile, in the present invention, as shown in FIG. 5, since the electricity generated from each unit 100 may not be constant, the associated inverter 150 may supply electricity generated from each unit 100 to a constant output according to time. Is further configured.

즉 도 5에서 보는 바와 같이 실제 폐수처리장에 적용된 본 발명은 각 유닛(100)의 환경 조건, 즉 부하량, 미생물 활성도, 우점 미생물 농도, 환원반응 속도 등 다양한 인자들이 조금씩 차이가 나기 때문에 시간에 따라 일정한 양의 전기가 발생하지 않는다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 각 유닛(100)으로부터 수집된 불안정한 전기를 연계형 인버터(150)를 통해 일정한 출력을 가지는 전기를 생산할 수 있도록 한 것이다.That is, as shown in FIG. 5, the present invention applied to an actual wastewater treatment plant has a constant according to time because various factors such as environmental conditions, that is, load, microbial activity, dominant microbial concentration, and reduction reaction rate of each unit 100 vary slightly. No positive electricity is generated. Therefore, in order to solve this problem, the unstable electricity collected from each unit 100 is to be able to produce electricity having a constant output through the associated inverter 150.

상기 연계형 인버터(150)는 직/교류 변환장치로써, 각각의 유닛(100)으로부터 공급되는 직류 전기를 일반적으로 사용하는 교류 전기로 바꿔주는 역할을 한다. 특히 상기 연계형 인버터(150)는 각각의 유닛(100)으로부터 발생하는 불안정한 직류 전기와 계통선의 교류 전원을 균형 있게 조화시켜 교류부하에 안정적으로 전류를 공급하는 것이다. 일 예로 각각의 유닛(100)으로부터 발생한 인버터 출력이 부하를 필요로 하는 전력보다 클 경우 그 잉여전력은 계통선으로 공급되며, 각각의 유닛(100)으로부터 발생한 인버터 출력이 부하를 필요로 하는 전력보다 적은 경우 부족한 전력은 계통선으로부터 공급됨으로써 안정적으로 출력을 유지하도록 하는 것이다. The associated inverter 150 is a direct / AC converter, and serves to change the direct current electricity supplied from each unit 100 to alternating current electricity. In particular, the linked inverter 150 is to balance the unstable DC electricity generated from each unit 100 with the AC power of the grid line to provide a stable current to the AC load. For example, when the inverter output from each unit 100 is greater than the power that requires a load, the surplus power is supplied to the grid line, and the inverter output from each unit 100 is greater than the power that requires a load. In low cases, insufficient power is supplied from the grid to maintain a stable output.

도 1은 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치가 활성슬러지조에 장착된 상태를 나타내는 사시도이고,1 is a perspective view illustrating a state in which an electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is mounted in an activated sludge tank,

도 2는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치가 활성슬러지조에 장착된 상태를 나타내는 측단면도이고,2 is a side cross-sectional view showing a state in which an electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is mounted in an activated sludge tank,

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 있어 일 유닛 및 2개의 유닛이 조립된 상태를 나타내는 측단면도이고,3A to 3B are side cross-sectional views showing one unit and two units assembled in an electroactive bacterium fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention;

도 4는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치에 있어서, 유닛 내부에서 작동관계를 나타내는 측단면도이고, Figure 4 is a side cross-sectional view showing the operating relationship within the unit, in the electroactive bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention,

도 5는 본 발명의 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치를 표준활성슬러지법으로 운전되는 기존 폐수처리장에 적용 시 예상되는 공정 개략도이다. FIG. 5 is a schematic view of a process expected when the electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment of the present invention is applied to an existing wastewater treatment plant operated with a standard activated sludge method.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 활성슬러지조 100 : 미생물연료전지 유닛10: activated sludge tank 100: microbial fuel cell unit

110 : 산화부 120 : 환원부 110: oxidation unit 120: reduction unit

130 : 전기반응부 131 : 유동로130: electric reaction unit 131: flow path

132 : 산화전극 133 : 환원전극132: anode 133: cathode

140 : 접합부 전기반응부140: junction electrical reaction unit

Claims (8)

폐수가 유입되는 유입구가 하나 이상 상면에 형성되는 산화부와;An oxidation part formed on at least one upper surface of the inlet port through which the waste water is introduced; 상기 산화부와 접하며 상단에 월류구가 형성되는 환원부와;A reducing part in contact with the oxidizing part and formed with a mouth opening at an upper end thereof; 상기 산화부와 상기 환원부를 나뉘면서 하방향으로 돌출되고 하부에 상기 산화부에서 산기 환원부로의 유동로가 형성되도록 하며 상기 산화부 방향에 전기활성박테리아가 우점화 된 산화전극이 상기 환원부 방향에 독립영향박테리아가 우점화 된 환원전극이 사이에 수소이온교환막을 두고 형성되는 전기반응부;로 구성되는 하나 이상의 미생물연료전지 유닛이 조립되어 구성되는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치.The oxidation electrode which protrudes downward while dividing the oxidation part and the reducing part and forms a flow path from the oxidation part to the acidic reducing part in the lower part, and an electrode having an electroactive bacteria predominant in the oxidation part direction is in the reducing part direction. An electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment consisting of assembling one or more microbial fuel cell unit consisting of an electric reaction unit is formed with a hydrogen ion exchange membrane between the reduction electrode predominantly independent effect bacteria. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미생물연료전지 유닛의 조립 시When assembling the microbial fuel cell unit 유닛과 타 유닛의 산화부와 환원부의 접합부에는 상기 산화부 방향에 산화전극이 상기 환원부 방향에 환원전극이 사이에 수소이온교환막을 두고 형성되는 접합부 전기반응부가 구성됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치.The junction between the oxidation part and the reducing part of the unit and the other unit includes a junction electric reaction part formed with an anode in the direction of the oxidation part and a hydrogen ion exchange membrane between the cathode in the direction of the reducing part. Electroactive bacteria fusion device for treatment. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 월류구는 상기 환원부의 상단에 형성함에 있어 산화부의 수위보다 낮게 구성됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치.Wherein the outlet is formed on the top of the reducing portion of the electro-active bacteria fusion device for electricity production and wastewater, characterized in that configured to be lower than the water level of the oxidation portion. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 환원부의 하면에는 복수의 관통공이 형성됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치. An electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment, characterized in that a plurality of through-holes are formed on the lower surface of the reducing unit. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화부의 하면에는 상기 유동로 방향으로 하향 경사구배가 형성되는 경사면이 구성됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치. And an inclined surface on the lower surface of the oxidation unit, the inclined surface having a downward inclination gradient formed in the flow path direction. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 산화전극과 환원전극이 연계형 인버터와 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치. An electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment, characterized in that each anode and cathode are electrically connected to a linked inverter. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화부의 폭은 상기 환원부의 폭보다 작게 구성됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치. The width of the oxidation unit is less than the width of the reduction unit electroactive bacteria fusion device for electricity production and wastewater treatment, characterized in that. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 월류구는 벌크용액의 수위보다 높거나 같게 활성슬러지조에 내장됨을 특징으로 하는 전기 생산 및 폐수처리를 위한 전기활성박테리아 융합장치. The overflow mouth is an electroactive bacterial fusion device for electricity production and wastewater treatment, characterized in that the built-in activated sludge tank higher than or equal to the water level of the bulk solution.
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