KR101210841B1 - Non-aeration organic matter removing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비폭기 유기물제거장치에 관한 것으로 구체적으로는 하폐수 처리시설의 호기조 또는 혐기조에 설치되어 하폐수 내 유기물을 제거하는 동시에, 유기물 분해 과정에서 생성되는 전자 및 수소이온을 이용하여 전기를 생산하는 비폭기 유기물제거장치에 있어서, 종래 호기조나 혐기조에 격막만 설치하여 독립적인 반응조를 형성시키고, 상기 반응조에 미생물연료전지를 설치함으로써, 장치의 설치 및 운전이 간편해질 수 있도록 하며, 상기 격막에 의해 모든 산화전극 및 그 표면에서 사각공간(dead space) 없이 반응이 일어날 수 있도록 유도할 수 있도록 하고, 미생물연료전지의 하부면과 대향되는 반응조의 하부에 별도의 혼합공간을 형성하여 외부에서의 추가적인 동력 없이도 처리수가 자연스럽게 혼합될 수 있도록 하며, 산화전극에 가로, 세로 또는 격자형태의 금속성 집전체를 매립하여 전자손실을 감소시킬 뿐만 아니라 산화전극의 형태를 유지시킬 수 있도록 하고, 유도판을 블루미(bloomy)형태로 제작하여 상기 산화전극부에 복수개를 배열하여 반응면적을 늘리되, 상기 집전체에서 탈부착 가능하도록 결합함으로써 미생물의 유지를 용이하게 하고 처리수의 흐름을 원활하게 하여 전기발생효율을 향상시키며, 환원전극과 분리막 사이에 격자 무늬의 지지대를 삽입하여 환원전극의 형태가 유지될 수 있도록 하는 비폭기 유기물 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-aerated organic material removal apparatus, specifically installed in the aerobic or anaerobic tank of the sewage water treatment plant to remove the organic matter in the waste water, and at the same time to generate electricity using the electrons and hydrogen ions generated in the organic decomposition process. In the aeration organic matter removal device, by installing only a diaphragm in the conventional aerobic or anaerobic tank to form an independent reaction tank, by installing a microbial fuel cell in the reaction tank, the installation and operation of the device can be simplified, and all It allows the reaction to occur without dead space on the anode and its surface, and forms a separate mixing space at the bottom of the reaction tank facing the lower surface of the microbial fuel cell without additional power from the outside. Allows the treated water to mix naturally, horizontally and vertically on the anode Alternatively, the buried metallic current collector in the form of a lattice not only reduces electron loss, but also maintains the shape of the anode, and a plurality of induction plates are formed in a bloomy form to arrange a plurality of anode parts in a reaction. Increasing the area, but coupled to detachable from the current collector to facilitate the maintenance of microorganisms and to facilitate the flow of the treated water to improve the electricity generation efficiency, reducing the insertion by inserting a grid-like support between the cathode and the separator It relates to a non-aerated organic material removing apparatus to maintain the shape of the electrode.

Description

비폭기 유기물 제거장치{NON-AERATION ORGANIC MATTER REMOVING APPARATUS}Non-aeration Organics Removal Device {NON-AERATION ORGANIC MATTER REMOVING APPARATUS}

본 발명은 비폭기 유기물제거장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 하폐수 처리시설의 호기조 또는 혐기조에 설치되어 하폐수 내 유기물을 제거하는 동시에, 유기물 분해 과정에서 생성되는 전자 및 수소이온을 이용하여 전기를 생산하는 비폭기 유기물제거장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-aerated organic material removal apparatus, and more specifically, is installed in the aerobic or anaerobic tank of the sewage water treatment plant to remove the organic matter in the waste water, and at the same time to generate electricity using the electrons and hydrogen ions generated during the organic decomposition process It relates to a non-aerated organics removal device.

일반적으로 생물 전기화 장치는 하폐수 처리시설의 호기조 또는 혐기조에 설치되어 하폐수 내 유기물을 제거하는 동시에 전기를 생산하는 장치로서, 유기물 분해 과정에서 생성되는 전자 및 수소이온을 이용하여 전기를 생산하는 미생물 연료전지를 포함하여 구성된다.
In general, a bio-electrical device is installed in an aerobic or anaerobic tank of a sewage treatment plant to remove organics from the wastewater and to generate electricity. Microbial fuel that generates electricity using electrons and hydrogen ions generated during organic decomposition It is configured to include a battery.

상기 미생물 연료전지와 관련된 선행기술로서, 도 1에 도시된 대한민국 공개특허 제10-2001-0009031호(폐수 및 폐수처리용 활성슬러지를 사용한 생물연료전지) 및 도 2에 도시된 대한민국 공개특허 제10-2002-0028342호(전이원소를 고정한 전극을 이용한 생물연료전지) 등이 있다.
As the prior art related to the microbial fuel cell, Korean Patent Publication No. 10-2001-0009031 shown in FIG. 1 (biofuel cell using wastewater and activated sludge for wastewater treatment) and Korean Patent Publication No. 10 shown in FIG. -2002-0028342 (biofuel cells using electrodes with transition elements).

도 1 및 도 2를 참조하여 종래 미생물 연료전지의 구조 및 기본원리를 살펴보면 다음과 같다.
The structure and basic principle of a conventional microbial fuel cell will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.

종래의 미생물 연료전지는 이온 교환막을 기준으로 산화전극을 포함하는 음극반응조와 환원전극을 포함하는 양극 반응조로 나누어지며, 혐기성 조건의 음극 반응조에서 미생물에 의해 유기물이 산화되어 전자와 수소이온을 생산하고, 전자는 외부도선을 통해 환원전극으로 이동된다. 그리고 수소이온은 이온 교환막을 통하여 환원전극으로 이동하고, 상기 전자 및 산소공급장치에서 공급되는 산소와 반응하여 환원수(물)를 생성하게 되며, 외부도선을 통해 흐르는 전자에 의해 전류가 생산되는 것이다.
Conventional microbial fuel cells are categorized into a cathode reactor including an anode and a cathode reactor including a cathode based on an ion exchange membrane, and organic materials are oxidized by microorganisms in an anode reactor under anaerobic conditions to produce electrons and hydrogen ions. The electrons are transferred to the cathode through the external conductor. The hydrogen ions move to the reduction electrode through the ion exchange membrane, react with oxygen supplied from the electrons and the oxygen supply device to generate reduced water (water), and current is produced by electrons flowing through the external conductor.

하지만, 상기와 같은 종래의 기술은 상기 산화전극 및 환원전극이 각각의 반응조에서 분리될 수 없는 하나의 구조체로 형성되기 때문에, 폐수성상, 크기, 종류 등 설치환경에 대응하여 장치를 추가하기 위해서는 상기 반응조를 포함한 구조체 전체를 추가해야만 하는 문제점이 있었으며, 상기 미생물 연료전지의 부품 일부를 수리 또는 교체하기 위해서도 상기 구조체 전체를 탈거해야만 하는 문제점이 있었다.
However, in the conventional technique as described above, since the anode and the cathode are formed of a single structure which cannot be separated from each reaction tank, in order to add a device in response to an installation environment such as wastewater phase, size, type, etc. There was a problem in that the whole structure including the reactor must be added, and in order to repair or replace a part of the microbial fuel cell, there was a problem in that the whole structure was removed.

또한, 산소를 공급하기 위해 별도의 산소공급장치를 필수적으로 구비해야 할 뿐만 아니라 상기 산화전극이 포함된 음극 반응조와 환원전극이 포함된 양극 반응조의 분리 목적으로 고가의 이온 교환막이 사용되기 때문에 장치의 설치, 운전 및 유지비용이 증가하며, 제한된 산화전극의 크기로 인해 박테리아의 서식량 또한 제한되어 전기 생산 효율이 극히 저조하게 되는 문제점이 있었다.
In addition, a separate oxygen supply device must be provided to supply oxygen, and an expensive ion exchange membrane is used for the separation of the anode reactor including the anode and the cathode reactor including the cathode. Installation, operation and maintenance costs are increased, the limited amount of bacteria due to the limited size of the anode has a problem that the electricity production efficiency is extremely low.

아울러, 처리수의 효율적인 흐름을 유도하여 슬러지 침강현상을 억제하기 위해 별도의 흐름 유도장치 등이 구비되기 때문에 설치, 운전 및 유지비용을 더욱 증가시키는 문제점이 있었다.
In addition, there is a problem in that the installation, operation and maintenance costs are further increased because a separate flow guide device is provided to induce an efficient flow of the treated water to suppress the sludge settling phenomenon.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 개선하고자 본 발명의 출원인은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 생물 전기화장치를 개발하여 국내 등록특허 제950595호로 특허 등록받은 바 있다.
Therefore, in order to improve the problems described above, the applicant of the present invention has developed a bio-electrochemical device as shown in FIGS. 3 to 5 and has been registered in Korean Patent No. 950595.

상기 본 발명의 출원인에 의해 선등록된 국내 등록특허 제950595호는, 도 4에 도시된 바와 같이, 결합홈(10c)과 결합돌출부(21a)를 매개로 미생물 연료전지(20)가 반응조(10)에서 탈착식으로 설치 또는 탈거 할 수 있도록 함으로서 폐수성상, 크기, 종류 등 설치 환경에 효율적으로 대응할 수 있게 하였다.
In Korea Patent No. 950595 registered by the applicant of the present invention, as shown in Figure 4, the microbial fuel cell 20 through the coupling groove (10c) and the coupling protrusion (21a) through the reaction tank (10) It can be installed or removed in a way so that it can efficiently cope with the installation environment such as waste water phase, size and type.

아울러, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 미생물 연료전지(20)에 사용되는 환원전극부(22)를 외부 공기에 노출시킴으로서 산소공급장치 등 별도의 장치를 배제시키고, 분리막을 가격대비 고효율의 소재인 부직포로 대체함으로서 장치의 설치, 운전, 유지비용을 감소시킬 수 있도록 하였다.
In addition, as shown in Figures 3 and 5, by exposing the cathode electrode 22 used in the microbial fuel cell 20 to the outside air to exclude the separate device such as oxygen supply device, the separation membrane is cost-effective It is possible to reduce the installation, operation, and maintenance costs of the device by replacing it with a nonwoven fabric.

또한, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 산화전극(23)의 외면에 패들(paddle) 형태의 유도판(23a)을 구성함으로서, 박테리아의 서식량 증가, 처리수의 효율적인 흐름유도 및 슬러지 침강현상 억제 등의 효과를 구현할 수 있도록 하였다.
In addition, as shown in Figures 3 and 5, by forming a paddle-shaped guide plate (23a) on the outer surface of the anode (23), increasing the amount of bacteria, efficient flow induction of sludge and sludge The effects of sedimentation suppression can be realized.

하지만, 본 출원인에 의해 상기 국내 등록특허 제950595호에 따른 생물전기화 장치를 직접 실시하여본 결과, 아래와 같은 문제점이 있었다.
However, as a result of directly performing the bioelectrical device according to Korean Patent No. 950595 by the present applicant, there were the following problems.

첫째, 상기 종래 생물전기화장치는 반응조를 별도로 제작하고 이를 호기조나 혐기조에 운반, 설치해야함에 따라, 장치의 설치 및 운전이 번거로워지고 그에 따른 비용 역시 증가하게 되는 문제점이 있었다.
First, the conventional bioelectric device has a problem in that the reaction tank is manufactured separately and transported and installed in an aerobic tank or an anaerobic tank, which makes the installation and operation of the apparatus cumbersome and the cost accordingly increase.

둘째, 복수개로 설치되는 미생물연료전지의 각 산화전극 및, 산화전극의 표면에 형성된 패들 형태의 유도판에 반응이 일어나지 않는 사각공간(dead space)이 형성되는 문제점이 있었다.
Second, there is a problem in that a dead space in which a reaction does not occur is formed in each anode electrode and a paddle-shaped induction plate formed on the surface of the microbial fuel cell installed in plurality.

셋째, 미생물연료전지의 하부면에 별도의 여유 공간이 부재하여 처리수를 혼합하기 위해 별도의 동력이 추가로 소모되는 문제점이 있었다.
Third, there is a problem that additional power is additionally consumed in order to mix the treated water due to the absence of a separate free space on the lower surface of the microbial fuel cell.

넷째, 산화전극에서 생성되는 전자를 집전할 수 있는 별도의 수단이 없어 전자손실이 발생하였으며, 미생물연료전지의 장시간 사용 시, 그 형태가 유지되지 못하는 문제점이 있었다.
Fourth, there is no separate means for collecting the electrons generated from the anode, the electron loss occurs, there was a problem that the form is not maintained when using the microbial fuel cell for a long time.

다섯째, 미생물연료전지의 장시간 사용 시, 환원전극의 형태가 유지되지 못하는 문제점이 있었다.
Fifth, there is a problem that the form of the cathode can not be maintained when using the microbial fuel cell for a long time.

본 발명은 본 발명의 출원인에 의해 선등록된 국내 등록특허 제950595호에 따른 생물전기화장치의 효과는 그대로 유지하되, 상술한 문제점은 해결하기 위한 것으로서, 종래 호기조나 혐기조에 격막만 설치하여 독립적인 반응조를 형성시키고, 상기 반응조에 미생물연료전지를 설치함으로써, 장치의 설치 및 운전이 간편해질 수 있도록 하는 비폭기 유기물제거장치를 제공함을 과제로 한다.
The present invention is to maintain the effect of the bio-electro-electric device according to Korean Patent No. 950595 registered in advance by the applicant of the present invention as it is, to solve the above-mentioned problems, by installing only the diaphragm in the conventional aerobic tank or anaerobic tank independent An object of the present invention is to provide a non-aerated organic matter removing apparatus for forming a phosphorus reactor and installing a microbial fuel cell in the reactor, thereby simplifying the installation and operation of the device.

아울러, 상기 격막에 의해 상기 반응조에 설치되는 모든 산화전극 및 그 표면에서 사각공간(dead space) 없이 반응이 일어날 수 있도록 유도할 수 있는 비폭기 유기물제거장치를 제공함을 다른 과제로 한다.
In addition, it is another object of the present invention to provide a non-aerated organic material removal apparatus capable of inducing a reaction to occur without dead space on all anodes and surfaces thereof installed in the reactor by the diaphragm.

또한, 미생물연료전지의 하부면과 대향되는 반응조의 하부에 별도의 혼합공간을 형성하여 외부에서의 추가적인 동력 없이도 처리수가 자연스럽게 혼합될 수 있도록 하는 비폭기 유기물 제거장치를 제공함을 또 다른 과제로 한다.
In addition, another object of the present invention is to provide a non-aerated organic material removal apparatus for forming a separate mixing space at the bottom of the reaction tank facing the lower surface of the microbial fuel cell so that the treated water can be naturally mixed without additional power from the outside.

또한, 산화전극에 가로, 세로 또는 격자형태의 금속성 집전체를 매립하여 전자손실을 감소시킬 뿐만 아니라 산화전극의 형태를 유지시킬 수 있도록 하는 비폭기 유기물 제거장치를 제공함을 또 다른 과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide a non-aerated organic material removal device that embeds a metallic current collector in a horizontal, vertical or lattice shape in the anode to reduce electron loss and maintain the shape of the anode.

또한, 유도판을 블루미(bloomy)형태로 제작하여 상기 산화전극부에 복수개를 배열하여 반응면적을 늘리되, 상기 집전체에서 탈부착 가능하도록 결합함으로써 미생물의 유지를 용이하게 하고 처리수의 흐름을 원활하게 하여 전기발생효율을 향상시킬 수 있도록 하는 비폭기 유기물 제거장치를 제공함을 또 다른 과제로 한다.
In addition, the induction plate is manufactured in the form of a bloomy to increase the reaction area by arranging a plurality of the anode parts, and to be detachably attached to the current collector to facilitate the maintenance of microorganisms and to improve the flow of treated water. Another object of the present invention is to provide a non-aeration organic material removal device that can smoothly improve the electricity generation efficiency.

또한, 환원전극과 분리막 사이에 격자 무늬의 지지대를 삽입하여 환원전극의 형태가 유지될 수 있도록 하는 비폭기 유기물 제거장치를 제공함을 또 다른 과제로 한다.
In addition, another object of the present invention is to provide a non-aerated organic material removal device to maintain the shape of the cathode by inserting a grid-like support between the cathode and the separator.

본 발명은 비폭기 유기물제거장치에 있어서, 호기조 또는 혐기조에 격막을 설치하여 형성되는 반응조; 및 상기 반응조 내에 설치되는 미생물 연료전지;를 포함하여 구성되는 비폭기 유기물제거장치를 과제의 해결 수단으로 한다.
The present invention provides a non-aerated organic material removal apparatus, comprising: a reaction tank formed by installing a diaphragm in an aerobic tank or an anaerobic tank; And a non-aerobic organic material removal device configured to include a microbial fuel cell installed in the reaction tank as a means for solving the problem.

한편, 상기 격막은, 일단에 처리수가 출입하는 유입구 또는 유출구가 형성되는 것이 바람직하다.
On the other hand, the diaphragm is preferably formed with an inlet or outlet through which the treated water enters and exits.

또한, 상기 반응조는, 상기 미생물연료전지의 하부면과 대향되는 하부측 일단에 처리수가 혼합될 수 있는 혼합공간이 형성되는 것이 바람직하다.
In addition, the reaction tank, it is preferable that a mixing space for mixing the treated water is formed at one end of the lower side opposite to the lower surface of the microbial fuel cell.

또한, 상기 미생물연료전지는, 일측면 또는 양측면에 천공부가 형성되고, 중앙부에 외부공기가 유입되는 중공부가 형성되며, 상측에 손잡이부가 형성되는 것이 바람직하다.
In addition, the microbial fuel cell, a perforated portion is formed on one side or both sides, a hollow portion in which external air flows in the central portion is formed, the handle portion is preferably formed on the upper side.

또한, 상기 미생물연료전지는, 상기 중앙지지체의 천공부에 삽입된 상태로 상기 중공부와 접촉하며, 공급되는 전자와 수소이온을 외부공기와 반응시키는 환원전극부; 상기 환원전극부의 외부면에 구성되는 분리막; 상기 환원전극부와 분리막의 사이에 구성되는 격자형태의 지지대; 상기 분리막의 외부면에 구성되며, 전자와 수소이온을 생성시키고, 내부에 전도성 금속재질로 이루어진 가로 또는 세로 또는 격자형태의 집전체가 매립되는 산화전극부; 상기 분리막의 외부면에 구성되어 환원수의 유출을 억제하는 패킹부; 및 상기 산화전극부의 외면에 구성되어 미생물 연료 전지의 외부면을 마감하는 마감부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
The microbial fuel cell may further include: a reduction electrode part contacting the hollow part while being inserted into a perforation part of the central support, and reacting supplied electrons and hydrogen ions with external air; A separator formed on an outer surface of the cathode portion; A support having a lattice form formed between the cathode and the separator; An anode portion formed on an outer surface of the separator and generating electrons and hydrogen ions, and having a current collector in a horizontal, vertical, or lattice form of a conductive metal material embedded therein; A packing part configured on an outer surface of the separation membrane to suppress outflow of reduced water; And a finish configured on the outer surface of the anode portion to close the outer surface of the microbial fuel cell.

또한, 상기 산화전극부는, 외부면에 블루미(bloomy)형태의 유도판이 결합축을 매개로 하나 이상 결합되되, 상기 블루미 형태의 유도판의 결합축은 상기 집전체에 나사결합되는 것이 바람직하다.
In addition, the anode portion, one or more bloumy type induction plate is coupled to the outer surface via a coupling axis, it is preferable that the coupling axis of the bleu type induction plate is screwed to the current collector.

또한, 상기 블루미(bloomy)형태의 유도판은, 탄소천(carbon cloth) 또는 흑연팰트(graphite felt)로 이루어지는 것이 바람직하다.
In addition, the bloomy type induction plate is preferably made of carbon cloth or graphite felt.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 의하면, 종래 호기조나 혐기조에 격막만 설치하여 독립적인 반응조를 형성시키고, 상기 반응조에 미생물연료전지를 설치함으로써, 장치의 설치 및 운전이 간편해질 수 있도록 하는 효과가 있으며, 상기 격막에 의해 모든 산화전극 및 그 표면에서 사각공간(dead space) 없이 반응이 일어날 수 있도록 유도할 수 있는 효과가 있고, 또한, 미생물연료전지의 하부면과 대향되는 반응조의 하부에 별도의 혼합공간을 형성하여 외부에서의 추가적인 동력 없이도 처리수가 자연스럽게 혼합될 수 있도록 하는 효과가 있으며, 산화전극에 가로, 세로 또는 격자형태의 금속성 집전체를 매립하여 전자손실을 감소시킬 뿐만 아니라 산화전극의 형태를 유지시킬 수 있도록 하는 효과가 있고, 또한, 유도판을 블루미(bloomy)형태로 제작하여 상기 산화전극부에 복수개를 배열하여 반응면적을 늘리되, 상기 집전체에서 탈부착 가능하도록 결합함으로써 미생물의 유지를 용이하게 하고 처리수의 흐름을 원활하게 하여 전기발생효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한, 환원전극과 분리막 사이에 격자 무늬의 지지대를 삽입하여 환원전극의 형태가 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
According to the present invention by the above problem solving means, by installing only a diaphragm in the conventional aerobic tank or anaerobic tank to form an independent reaction tank, by installing a microbial fuel cell in the reaction tank, the effect of the installation and operation of the device can be simplified There is an effect that the reaction can be induced by the diaphragm without any dead space on all the anode and its surface, and also, separately in the lower part of the reaction tank facing the lower surface of the microbial fuel cell By forming a mixed space of, the treated water can be naturally mixed without additional power from the outside, and the horizontal, vertical or lattice-shaped metallic current collector is embedded in the anode to reduce electron loss, It is effective to maintain the shape, and also the induction plate in the form of bloomy By increasing the reaction area by arranging a plurality of the anode portion to the reaction area, it is coupled to detachable from the current collector to facilitate the maintenance of microorganisms and to smooth the flow of the treated water to improve the electricity generation efficiency In addition, there is an effect that the shape of the cathode can be maintained by inserting a grid-like support between the cathode and the separator.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 미생물 연료전지의 개략도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 출원인에 의해 선등록된 국내 등록특허 제950595호에 따른 생물 전기화 장치의 사시도
도 4는 도 3의 평면도
도 5는 도 3의 작동과정을 나타내는 개략도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비폭기 유기물제거장치의 단면도
도 7은 도 6의 평면도
도 8은 도 6의 미생물 연료전지의 사시도
도 9a는 도 6의 산화전극부를 나타낸 단면도
도 9b는 도 9a의 정면도
도 10은 도 9a의 유도판의 사시도 1 and 2 is a schematic diagram of a microbial fuel cell according to the prior art
3 to 5 is a perspective view of a biological electrification device according to Korean Patent No. 950595 registered in advance by the applicant of the present invention
4 is a top view of FIG. 3
5 is a schematic diagram showing the operation of FIG.
6 is a cross-sectional view of a non-aerated organics removing device according to an embodiment of the present invention
Fig. 7 is a plan view of Fig. 6
8 is a perspective view of the microbial fuel cell of FIG.
9A is a cross-sectional view of an anode part of FIG. 6.
9B is a front view of FIG. 9A
10 is a perspective view of the guide plate of FIG. 9A

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
The objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood by reference to the accompanying drawings and the following detailed description.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and effect of the preferred embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비폭기 유기물제거장치의 단면도이고, 도 7은 도 6의 평면도이며, 도 8은 도 6의 미생물 연료전지의 사시도이고, 도 9a는 도 6의 산화전극부를 나타낸 단면도이며, 도 9b는 도 9a의 정면도이고, 도 10은 도 9a의 유도판의 사시도로써, 본 발명의 비폭기 유기물제거장치는 반응조(10) 및 미생물 연료전지(20)를 포함하여 구성된다.
6 is a cross-sectional view of a non-aerated organic material removing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a plan view of Figure 6, Figure 8 is a perspective view of the microbial fuel cell of Figure 6, Figure 9a is an anode of Figure 6 9B is a front view of FIG. 9A, and FIG. 10 is a perspective view of the induction plate of FIG. 9A, wherein the non-aerobic organic material removing apparatus of the present invention includes a reactor 10 and a microbial fuel cell 20. do.

상기 반응조(10)는, 미생물 연료전지(20)와 처리수가 접촉되는 공간부로서, 종래 호기조 또는 혐기조에 격막(P)만을 설치하여 형성된다.The reaction tank 10 is a space part in which the microbial fuel cell 20 and the treated water contact each other, and is formed by installing only the diaphragm P in a conventional aerobic or anaerobic tank.

따라서, 장치의 설치 및 운전이 간편해질 수 있으며, 상기 격막(P)에 의해 후술되어질 반응조(10)에 설치되는 모든 산화전극부(23) 및 그 표면에서 사각공간(dead space) 없이 반응이 일어날 수 있도록 유도할 수 있게 된다.Therefore, the installation and operation of the device can be simplified, and the reaction may occur without dead space on all the anode parts 23 and the surfaces thereof installed in the reaction tank 10 to be described later by the diaphragm P. To make it work.

한편, 상기 격막(P)의 상측 일단에는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유입구(10a) 또는 유출구(10b)가 형성되어, 상기 격막(P)의 설치 위치(처리수가 유입되는 측에 근접한 위치 또는 유출되는 측에 근접한 위치)에 대응하여 처리수의 유입 또는 유출 통로가 된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 6 and 7, an inlet 10a or an outlet 10b is formed at one end of the upper side of the diaphragm P, and the installation position of the diaphragm P (the side into which the treated water flows in). Close to the position or the position close to the outflow side) is the inflow or outflow passage of the treated water.

아울러, 상기 반응조(10)는, 후술되어질 미생물연료전지(20)의 하부면과 대향되는 하부측 일단에 처리수가 혼합될 수 있는 혼합공간(S)이 형성된다.In addition, the reaction tank 10 is formed in the mixing space (S) that can be mixed with the treated water at one end of the lower side facing the lower surface of the microbial fuel cell 20 to be described later.

따라서, 외부에서의 추가적인 동력 없이도 상기 처리수가 자연스럽게 혼합될 수 있도록 한다.Thus, the treated water can be naturally mixed without additional power from the outside.

한편, 상기 반응조(10)의 상부에는 후술되어질 산화전극부(23)로의 공기 이동을 차단하기 위한 덮개부(11)가 결합되되, 후술되어질 환원전극부(22)는 대기중의 공기와 접촉할 수 있도록 해야하며, 이를 위해 덮개부(11)의 일부에 개방부(11a, 도 3참조)가 형성된다.On the other hand, the upper portion of the reaction vessel 10 is coupled to the cover portion 11 for blocking the movement of air to the electrode portion 23 to be described later, the reduction electrode portion 22 to be described later is in contact with the air in the atmosphere The opening part 11a (refer FIG. 3) is formed in a part of the cover part 11 for this purpose.

따라서, 상기 개방부(11a)는 후술되어질 산화전극부(23)로의 공기 이동은 차단하되, 환원전극부(22)는 대기중의 공기와 접촉할 수 있도록 하는 크기 및 위치에 형성되도록 하는 것이 효과적이며, 바람직하게는 후술되어질 미생물 연료전지(20)의 중앙지지체(21) 내부에 형성된 중공부(21c)와 대응되는 크기(또는 그 보다 협소한 크기) 및 위치에 개방부(11a)를 형성시킨다.
Therefore, the opening portion 11a blocks air movement to the anode portion 23, which will be described later, but the reduction electrode portion 22 is effective to be formed at a size and a position to make contact with air in the atmosphere. Preferably, the opening 11a is formed at a size (or a narrower size) and a position corresponding to the hollow portion 21c formed inside the central support 21 of the microbial fuel cell 20 which will be described later. .

상기 미생물 연료전지(20)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 유기물 분해 과정에서 생성되는 전자 및 수소이온을 이용하여 전기를 생산하는 장치로서, 중앙지지체(21), 환원전극부(22), 산화전극부(23), 지지대(22a), 분리막(24), 패킹부(25) 및 마감부(26)를 포함하여 구성된다.
The microbial fuel cell 20, as shown in Figure 8, as a device for producing electricity by using electrons and hydrogen ions generated during the decomposition of organic matter, the central support 21, the reduction electrode unit 22, The anode 23, the support 22a, the separator 24, the packing 25, and the finish 26 are configured to be included.

상기 중앙지지체(21)는, 상기 각 구성요소가 단위 결합할 수 있도록 하는 지지체로서, 상기 환원전극부(22)를 대기중의 공기에 효율적으로 노출시키며, 상기 반응조(10)에서 탈착식으로 설치 또는 탈거될 수 있도록 구성된다.The central support 21 is a support that allows each of the components to be united, and efficiently exposes the cathode electrode 22 to air in the atmosphere, and is detachably installed in the reactor 10 or It is configured to be removed.

따라서, 상기 미생물 연료전지(20)의 일측면에는 삽착가능한 결합돌출부(21a)가 형성되며, 상기 반응조(10)에는 상기 결합돌출부(21a)를 수용할 수 있는 통상의 결합홈(미도시) 등이 형성될 수 있다.Accordingly, the insertable insertion protrusion 21a is formed on one side of the microbial fuel cell 20, and the reaction tank 10 includes a conventional coupling groove (not shown) for accommodating the coupling protrusion 21a. This can be formed.

따라서, 폐수성상, 크기, 종류 등 설치 환경에 효율적으로 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 미생물연료전지(20)의 부품 일부를 수리, 교체 하기 위해서도 미생물 연료전지만을 간편하게 탈거하여 작업할 수 있게 된다.Therefore, not only can efficiently cope with the installation environment, such as waste water phase, size, type, it is also possible to simply remove and work only the microbial fuel cell in order to repair and replace a part of the microbial fuel cell 20.

한편, 상기 중앙지지체(21)는 일측면, 바람직하게는 양측면에 천공부(21b)가 형성되어 상기 천공부(21b)에 환원전극부(22)가 삽입될 수 있도록 하며, 중앙부에 외부공기가 유입될 수 있는 중공부(21c)를 형성하여 상기 천공부(21b)에 삽입된 환원전극부(22)의 내면이 외부공기에 접촉될 수 있도록 한다.On the other hand, the central support 21 has a perforated portion 21b is formed on one side, preferably both sides so that the cathode electrode 22 can be inserted into the perforated portion 21b, the outside air in the center By forming a hollow portion (21c) that can be introduced to the inner surface of the reduction electrode portion 22 inserted into the drilling portion (21b) to be in contact with the outside air.

아울러, 상기 중앙지지체(21)의 상측에는 손잡이부(21d)가 형성되어 상기 반응조(10)로부터 더욱 용이하게 설치 또는 탈거될 수 있도록 한다.In addition, the handle 21d is formed on the upper side of the central support 21 to be more easily installed or removed from the reaction vessel (10).

상기 환원전극부(22)는, 공급되는 전자 및 수소이온을 외부공기와 반응시켜 전기를 생성시키는 구성으로, 상기 중앙지지체(21)의 천공부(21b)에 삽입되며, 그 내면(중앙지지체(21)의 중공부(21c)로 향하는 면)이 상기 외부공기가 유입되는 중공부(21c)와 소통하여 외부공기와 접촉한다.The cathode portion 22 is configured to generate electricity by reacting supplied electrons and hydrogen ions with external air. The cathode portion 22 is inserted into the perforation portion 21b of the central support 21, and has an inner surface (center support ( The surface facing the hollow portion 21c of 21) communicates with the hollow portion 21c through which the external air flows and contacts the outside air.

즉, 상기 환원전극부(22)가 외부공기에 노출되어 있는 상태이므로 별도의 산소공급장치 등을 배제시킬 수 있게 된다.That is, since the reduction electrode unit 22 is exposed to external air, a separate oxygen supply device can be excluded.

아울러, 상기 환원전극부(22)는 상기 기능을 수행할 수 있는 다양한 소재를 적용할 수 있으나, 반응효율, 소재의 단가 등을 고려할 때, 탄소천(carbon cloth)을 사용하는 것이 바람직하다.
In addition, the cathode electrode 22 may be applied to a variety of materials that can perform the function, in consideration of the reaction efficiency, the unit cost of the material, it is preferable to use a carbon cloth (carbon cloth).

상기 분리막(24)은, 상기 환원전극부(22)와 후술되어질 산화전극부(23)에서 발생하는 반응물 또는 생성물이 혼합되지 않도록 분리하는 동시에 수소이온의 전달을 위한 매개체 기능을 한다.
The separator 24 functions as a medium for transferring hydrogen ions while separating the reactants or products generated from the cathode electrode 22 and the anode electrode 23, which will be described later, from being mixed.

이때, 상기 환원전극부(22)와 분리막(24)의 사이에는 격자형태의 지지대(22a)가 구성되며, 이로 인해 환원전극의 형태가 유지될 수 있도록 한다.
At this time, between the reduction electrode unit 22 and the separator 24, a lattice-shaped support 22a is formed, thereby allowing the shape of the reduction electrode to be maintained.

상기 산화전극부(23)는, 전자와 수소이온을 생성시켜 상기 환원전극부(22)로 공급하는 구성으로서, 표면에 박테리아 등의 미생물을 서식시키고 상기 미생물에 의한 유기물 분해과정에서 생성되는 전자와 수소이온을 상기 환원전극부(22)로 공급한다.The anode portion 23 generates electrons and hydrogen ions and supplies them to the reduction electrode portion 22. The anode portion 23 inhabits microorganisms such as bacteria on the surface thereof and electrons generated during the decomposition of organic matter by the microorganisms. Hydrogen ions are supplied to the reduction electrode unit 22.

이때, 상기 전자는 환원전극부(22)와 산화전극부(23)에 연결된, 티타늄 등으로 이루어진 외부도선을 통해서 상기 환원전극부(22)로 이동하며, 수소이온은 상기 부직포로 이루어진 분리막(24)을 통해서 상기 환원전극부(22)로 이동한다. In this case, the electrons are moved to the reduction electrode unit 22 through an external conductor made of titanium, which is connected to the reduction electrode unit 22 and the anode electrode 23, and hydrogen ions are separated from the nonwoven fabric 24. It moves to the reduction electrode unit 22 through).

한편, 상기 산화전극부(23)의 내부에는 집전체(23c)가 매립된다.On the other hand, a current collector 23c is embedded in the anode portion 23.

상기 집전체(23c)는 전도성 금속재질로 이루어지고, 가로 또는 세로 또는 격자형태로 매립되어, 전자손실을 감소시킬 뿐만 아니라 산화전극부(23)의 형태를 유지시킬 수 있다.The current collector 23c is made of a conductive metal material, and is embedded in a horizontal or vertical shape or a lattice to reduce the electron loss and maintain the shape of the anode portion 23.

아울러, 보다 많은 전자와 수소이온을 생성시키기 위해서는 서식하는 미생물의 서식량을 증가시키는 것이 필요하며, 이에 따라 산화전극부(23)의 표면적을 증가시키기 위해 외부면에 유도판(23a)이 하나 이상 형성된다.In addition, in order to generate more electrons and hydrogen ions, it is necessary to increase the amount of microorganisms inhabiting, so that at least one induction plate 23a is provided on the outer surface to increase the surface area of the anode portion 23. Is formed.

한편, 상기 유도판(23a)은 도 9a 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 블루미(bloomy)형태로 제작되며, 결합축(23b)을 매개로 상기 집전체(23c)에 나사결합된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 9A to 10, the guide plate 23a is manufactured in a bloomy shape and screwed to the current collector 23c through a coupling shaft 23b.

따라서, 그 반응면적이 극히 증가하게 되어 미생물의 유지를 용이하게 하고 처리수의 흐름을 원활하게 하여 전기발생효율을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the reaction area is extremely increased to facilitate the maintenance of microorganisms and to smooth the flow of treated water, thereby improving the electricity generation efficiency.

아울러, 상기 산화전극부(23) 및 유도판(23a)은 상기 기능을 수행할 수 있는 다양한 소재를 적용할 수 있으나, 반응효율, 소재의 단가 등을 고려할 때, 탄소천(carbon cloth) 또는 흑연팰트(graphite felt)를 사용하는 것이 바람직하다.
In addition, the anode portion 23 and the induction plate 23a may be applied to various materials capable of performing the above functions, but considering the reaction efficiency and the unit cost of the material, carbon cloth or graphite Preference is given to using felt.

한편, 상기 환원전극부(22)에서 생성되는 환원수(물)의 유출을 억제하기 위한 패킹부(25)가 분리막(24)의 외부면에 구성될 수 있으며, 상기 각 구성요소의 결합을 더욱 견고히 하는 마감부(26)가 상기 산화전극부(23)의 외면에 구성될 수 있다.
On the other hand, the packing portion 25 for suppressing the outflow of the reduced water (water) generated in the cathode electrode portion 22 may be configured on the outer surface of the separator 24, it is more firmly coupled to each of the components Finishing portion 26 may be configured on the outer surface of the anode portion 23.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 피폭기 유기물제거장치에 의한 전기 생성과정을 살펴보면 다음과 같다.
Looking at the generation of electricity by the exposure organic matter removing apparatus of the present invention configured as described above are as follows.

(a) 유기물과 미생물이 포함된 하폐수 등의 처리수가 유입되면, 상기 산화전극부(23)의 표면 및 블루미 형태의 유도판(23a)에서 미생물에 의한 유기물 분해가 이루어지며, 이 과정에서 전자(e_)와 수소이온(H+)이 생성된다. (a) When treated water, such as wastewater containing organic matter and microorganisms, is introduced, the organic matter is decomposed by the microorganisms on the surface of the anode portion 23 and the induction plate 23a in the form of blue rice, and in the process (e _ ) and hydrogen ions (H + ) are produced.

(b) 상기 생성된 전자(e_)는 외부도선을 통해 환원전극부(22)로 이동하며, 수소이온(H+)은 분리막(24)을 통과하여 환원전극부(22)로 이동한다. (b) The generated electrons e _ move to the cathode electrode 22 through an external conductor, and hydrogen ions H + move through the separator 24 to the cathode electrode 22.

(c) 상기 환원전극부(22)에서는 상기 공급되는 전자(e_) 및 수소이온(H+)과 전자수용체로서 외부공기 중에 포함된 산소(O2)를 이용, 반응하여 환원수를 생성하게 되고, 이 과정에서 직류형태의 전기가 발생한다. (c) The reduction electrode unit 22 generates reduced water by reacting the supplied electrons (e _ ) and hydrogen ions (H + ) with oxygen (O 2 ) contained in external air as an electron acceptor. In this process, direct current electricity is generated.

(d) 상기 생성된 직류형태의 전기는 외부회로를 통해 통상의 변환기로 전달되고, 상기 변환기에 의해 교류형태의 전기로 변환된다. (d) The generated direct current type electricity is transmitted to an ordinary converter through an external circuit, and is converted into electricity of an alternating current type by the converter.

(e) 상기의 과정을 거친 처리수는 유기물이 제거 된 상태로 격막(P)의 유출구(10b)를 통해 유출된다. (e) Treated water The organic substance is discharged through the outlet 10b of the diaphragm P in a state where the organic matter is removed.

한편, 상기 처리수가 유입구(10a)를 통해 유입되어 유출구(10b)을 통해 유출됨에 있어, 상기 반응조(10)의 하부면에 형성된 혼합공간(S) 및 블루미 형태의 유도판(23a)에 의해 별도의 교반 및 흐름 유도장치 없이도, 그 교반 및 흐름이 원활하게 진행될 수 있다.
On the other hand, the treated water is introduced through the inlet (10a) and out through the outlet (10b), by the mixing space (S) and the blue plate-shaped induction plate 23a formed on the lower surface of the reaction vessel (10) Even without a separate stirring and flow guide device, the stirring and flow can proceed smoothly.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various changes, modifications and variations may be made without departing from the scope of the present invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

10 : 반응조 10a : 유입구
10b : 유출구 11 : 덮개부
20 : 미생물 연료전지 21 : 중앙지지체
21a : 결합돌출부 21b : 천공부
21c : 중공부 21d : 손잡이부
22 : 환원전극부 22a : 지지대
23 : 산화전극부 23a : 유도판
23b : 결합축 23c : 집전체
24 : 분리막 25 : 패킹부
26 : 마감부 P : 격막
S : 혼합공간10: reactor 10a: inlet
10b: outlet 11: cover portion
20: microbial fuel cell 21: central support
21a: coupling protrusion 21b: perforation
21c: hollow portion 21d: handle portion
22: reducing electrode 22a: support
23: anode portion 23a: induction plate
23b: coupling shaft 23c: current collector
24: separator 25: packing part
26: finish portion P: diaphragm
S: mixing space

Claims (6)

비폭기 유기물제거장치에 있어서,
호기조 또는 혐기조에 격막을 설치하여 형성되는 반응조; 및
상기 반응조 내에 설치되는 미생물 연료전지;를 포함하여 구성되되,
상기 미생물연료전지는,
일측면 또는 양측면에 천공부가 형성되고, 중앙부에 외부공기가 유입되는 중공부가 형성되며, 상측에 손잡이부가 형성되는 중앙지지체;
상기 중앙지지체의 천공부에 삽입된 상태로 상기 중공부와 접촉하며, 공급되는 전자와 수소이온을 외부공기와 반응시키는 환원전극부;
상기 환원전극부의 외부면에 구성되는 분리막;
상기 환원전극부와 분리막의 사이에 구성되는 격자형태의 지지대;
상기 분리막의 외부면에 구성되며, 전자와 수소이온을 생성시키고, 내부에 전도성 금속재질로 이루어진 가로 또는 세로 또는 격자형태의 집전체가 매립되는 산화전극부;
상기 분리막의 외부면에 구성되어 환원수의 유출을 억제하는 패킹부; 및
상기 산화전극부의 외면에 구성되어 미생물 연료 전지의 외부면을 마감하는 마감부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭기 유기물제거장치
In the non-aeration organic matter removal device,
A reaction tank formed by installing a diaphragm in an aerobic tank or anaerobic tank; And
Is configured to include; microbial fuel cell installed in the reactor
The microbial fuel cell,
A central support having a perforated part formed on one side or both sides, a hollow part through which external air flows, and a handle part formed on an upper side thereof;
A reduction electrode part which contacts the hollow part while being inserted into the perforation part of the central support and reacts the supplied electrons and hydrogen ions with external air;
A separator formed on an outer surface of the cathode portion;
A support having a lattice form formed between the cathode and the separator;
An anode portion formed on an outer surface of the separator and generating electrons and hydrogen ions, and having a current collector in a horizontal, vertical, or lattice form of a conductive metal material embedded therein;
A packing part configured on an outer surface of the separation membrane to suppress outflow of reduced water; And
A non-aerated organic material removal apparatus, characterized in that it comprises a; a finish portion which is configured on the outer surface of the anode electrode to finish the outer surface of the microbial fuel cell.
제 1항에 있어서,
상기 격막은,
일단에 처리수가 출입하는 유입구 또는 유출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 비폭기 유기물제거장치
The method of claim 1,
The diaphragm is,
Non-aeration organic matter removal device characterized in that the inlet or outlet is formed at the end of the treated water
제 1항에 있어서,
상기 반응조는,
상기 미생물연료전지의 하부면과 대향되는 하부측 일단에 처리수가 혼합될 수 있는 혼합공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 비폭기 유기물제거장치
The method of claim 1,
The reactor,
A non-aerobic organic matter removing device, characterized in that the mixing space for mixing the treated water is formed at one end of the lower side facing the lower surface of the microbial fuel cell
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 산화전극부는,
외부면에 블루미(bloomy)형태의 유도판이 결합축을 매개로 하나 이상 결합되되,
상기 블루미 형태의 유도판의 결합축은 상기 집전체에 나사결합되는 것을 특징으로 하는 비폭기 유기물제거장치
The method of claim 1,
The anode portion,
One or more bloumy type induction plates are coupled to the outer surface through a coupling axis,
Non-aerobic organic material removing apparatus, characterized in that the coupling shaft of the blueme-shaped induction plate is screwed to the current collector
제 5항에 있어서,
상기 블루미(bloomy)형태의 유도판은,
탄소천(carbon cloth) 또는 흑연팰트(graphite felt)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비폭기 유기물제거장치
6. The method of claim 5,
The bloomy form of induction plate,
Non-aerated organic material removing apparatus, characterized in that made of carbon cloth or graphite felt (graphite felt)
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