KR101372416B1 - Multiple feeding of influent in the bio-electrochemical waste-water treating apparatus and treatment method of waste-water using the same - Google Patents

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임승주
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한국원자력연구원
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Abstract

The present invention relates to a bio-electrochemical waste water treating apparatus for removing organic nitrogen and organic material in waste water including microorganism inhibitory factor in high concentration by branching the inlet of inlet water, and a method of treating waste water using the same. According to the method of treating waste water of the present invention, the inflowing path of the waste water is branched to separately inflowing the waste water to decrease the influence on microorganism accompanied with a biological waste water treating process by microorganism inhibitory factor such as an antibiotic, a disinfectant, etc. included in the waste water in high concentration, to increase the survival rate of the microorganism and to prevent the imbalance during the waste water treating process due to the extinction of the microorganism in advance. Thus, the organic nitrogen and organic material included in the waste water may be treated stably, and the waste water treating apparatus and the method of treating waste water may be usefully used for improving water quality.

Description

유입수의 유입구를 분기시킨 생물전기화학적 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법{Multiple feeding of influent in the Bio-electrochemical waste-water treating apparatus and treatment method of waste-water using the same}Multiple feeding of influent in the Bio-electrochemical waste-water treating apparatus and treatment method of waste-water using the same}

본 발명은 유입수의 유입구를 분기시켜 고농도의 미생물 저해인자를 포함하는 폐수 내 유기성 질소 및 유기물의 제거용 생물전기화학적 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus for removing organic nitrogen and organic matter in wastewater containing a high concentration of microbial inhibitors by branching the inlet of the influent and a wastewater treatment method using the same.

최근 우리나라는 인구의 증가 및 도시의 집중화, 산업의 급속한 발전으로 인하여 환경오염이 급속히 진행되어 수질환경의 훼손이 심각한 문제로 대두되고 있다. 더욱이, 하천, 호소 등으로 질소, 인 등의 영양염류가 유입되어 부영양화를 유발시킴으로써 어폐류의 폐사로 인한 수중생태계의 파괴, 수자원 활용가치의 하락, 상수처리 비용의 상승 등의 문제가 발생되고 있다. 또한, 상기 영양염류 중 질소는 하폐수 내에서 주로 유기질소와 암모니아성 질소의 형태로 존재하며 이러한 형태의 질소는 수중에 방출된 후 아질산성 질소의 형태를 거쳐 질산성 질소로 전환되는데, 이 과정에서 용존산소가 소모되어 수질을 저하시키게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 물리적, 화학적 또는 생물학적인 단위공정에 의해 질소 및 인을 동시에 처리하기 위한 장치들이 개발되어 왔다.
Recently, due to the increase of population, the concentration of cities, and the rapid development of industry, environmental pollution is rapidly progressing, and the damage of water quality environment has emerged as a serious problem. In addition, nutrients such as nitrogen and phosphorus are introduced into rivers and lakes to cause eutrophication, causing problems such as destruction of aquatic ecosystems due to the death of fish and fish, a decrease in the value of water resources, and an increase in water treatment costs. . In addition, nitrogen in the nutrients is mainly present in the form of organic nitrogen and ammonia nitrogen in the sewage water, which is released into the water and then converted into nitrate nitrogen through the form of nitrite nitrogen, in the process Dissolved oxygen is consumed to deteriorate the water quality. Therefore, in order to solve this problem, apparatuses for simultaneously treating nitrogen and phosphorus by physical, chemical or biological unit processes have been developed.

일반적으로 축산폐수와 같이 고농도의 유기물 및 질소가 함유되어 있는 폐수인 경우 혐기성 소화조를 거쳐 호기성 폭기조에서 잔류유기물을 제거 및 질산화를 유도하고 반송 등을 통해 탈질을 유도하여 처리한다. In general, wastewater containing high concentrations of organic matter and nitrogen, such as livestock wastewater, is treated by removing the residual organic matter from the aerobic aeration tank, inducing a nitrification, and inducing denitrification by returning through an anaerobic digester.

그러나, 혐기성 소화를 통해 완벽히 유기물을 제거할 수 없고 암모니아 질소를 완벽하게 산화할 수 없기 때문에 일반적으로 혐기성 소화조 후단에 호기조를 설치하여 폭기하거나 산화공정을 설치하여 잔류유기물을 제거하거나 암모니아 질소를 질산성 질소로 변환한 후 하수처리장으로 연계하여 재처리한 후 방류하고 있는 실정이다.
However, since anaerobic digestion cannot completely remove organic matter and cannot completely oxidize ammonia nitrogen, an aerobic tank is installed at the rear of the anaerobic digester to aeration or an oxidation process is used to remove residual organic matter or to remove ammonia nitrogen. It is converted to nitrogen and discharged after reprocessing in connection with sewage treatment plant.

한국의 경우 대부분 활성슬러지법을 이용하여 하수 및 축산폐수 중에 잔존하는 유기물과 암모니아를 처리하고 있다. 활성슬러지법에 의한 처리는 대부분의 현탁 고형물질과 유기물을 제거할 수 있으나, 질소나 인과 같은 영양염류의 제거효율은 20-40%에 불과하다.
In Korea, most of the activated sludge is used to treat residual organic matter and ammonia in sewage and livestock wastewater. Activated sludge treatment can remove most suspended solids and organic matter, but the removal efficiency of nutrients such as nitrogen and phosphorus is only 20-40%.

항생제는 인간과 동물에 투여되어도 대부분이 분해되지 않고 토양이나 하수로 흘러드는 것이 대부분이고 하수나 환경으로 유출되면, 병원성 미생물의 의약물 저항성을 크게 높이거나 환경 순응성을 증대시켜, 어떠한 항생제도 약효가 없는 다종다양한 슈퍼 박테리아를 만들어낼 가능성이나 개연성이 높다. 미국과 일본을 건너, 한국에서도 일부 병원에서 슈퍼박테리아 피해사례가 있다. When antibiotics are administered to humans and animals, most of them do not decompose and flow into the soil or sewage, and when spilled into sewage or the environment, they greatly increase the drug resistance of pathogenic microorganisms or increase environmental compliance. There is a high possibility of producing various kinds of super bacteria. Across the United States and Japan, there are cases of superbacteria in some hospitals in Korea.

특히, 축산폐수의 경우 대부분 고농도의 유기물과 영양염류가 함유되어 있을 뿐만 아니라 항생제 및 소독제 등이 함유되어 있기 때문에 질산화균에 대해 치명적인 저해인자로 부각되고 있으며, 이에 따른 전처리 방법으로 유입수의 독성물질의 농도가 높을 경우 유입수 희석을 통해 유입수 중의 저해인자 농도를 낮춰 미생물에 대한 저해인자를 일정 수준 이하가 되도록 처리한 후, 생물학적 방법으로 처리한 후 하수처리장으로 유입시켜 병합 처리하는 것이 일반적인 처리방법이다.
In particular, most livestock wastewater contains high concentrations of organics and nutrients, and also contains antibiotics and disinfectants. Therefore, the livestock wastewater is emerging as a lethal inhibitor for nitrifying bacteria. When the concentration is high, the general method of treatment is to reduce the concentration of inhibitors in the influent by dilution of the influent to treat the inhibitors against the microorganisms to a certain level or less, and then to treat them by biological methods and then merge them into the sewage treatment plant.

본 발명자들은 종래에 효율적으로 하수 및 폐수 내에 잔존하는 유기물 및 암모니아를 제거하기 위해 유입수를 통해 혐기조로 유입되는 유기물의 일부를 혐기조에서 부숙시킨 후 무산소조로 이동시키고, 암모니아는 양이온교환막을 이용하여 호기조로 이동시키며, 호기조에서 질산화균에 의해 질산성 질소로 산화시킨 후 농도구배에 따라 음이온교환막을 통해 무산조로의 이동 속도를 향상시킴으로써 질산염의 탈질을 도모하였다(특허문헌 1).In order to efficiently remove organic matter and ammonia remaining in the sewage and waste water, the present inventors have moved some of the organic matter flowing into the anaerobic tank through the inflow water in the anaerobic tank and then moved to the anaerobic tank, and the ammonia was transferred to the aerobic tank using a cation exchange membrane. The nitrate was denitrated by migrating to nitric acid by nitrifying bacteria in an aerobic tank and then increasing the rate of migration to the anoxic tank through an anion exchange membrane according to the concentration gradient (Patent Document 1).

그러나 상기와 같은 장치는 유입수 내에 고농도의 항생제, 소독제 등 독성물질이 존재할 경우 유기물과 질소의 처리에 효율적으로 대처할 수 없는 단점이 있다.
However, such a device has a disadvantage in that it is not possible to efficiently cope with the treatment of organic matter and nitrogen when toxic substances such as high concentrations of antibiotics and disinfectants are present in the influent.

이에, 본 발명자들은 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물 저해인자가 존재하는 폐수의 유기성 질소 및 유기물을 제거하는 효율적인 폐수처리방법을 연구하던 중, 혐기조-호기조-탈질조로 구성된 폐수처리장치에서 유입수의 유입 경로를 혐기조 및 호기조로 분기시켜 분리 유입함으로써, 고농도의 미생물 저해 인자로부터 생물학적 폐수처리과정에 필수적인 미생물의 영향이 감소하여 생존율이 증가하고, 미생물의 사멸에 의한 폐수처리과정의 불균형을 사전에 방지함으로써, 폐수에 포함되어 있는 유기성 질소 및 유기물을 제거할 수 있는 안정적인 폐수처리장치를 완성하였다.
Therefore, the present inventors are studying an efficient wastewater treatment method for removing organic nitrogen and organic matter from wastewater in which microbial inhibitors such as high concentrations of antibiotics and disinfectants are present, and the inflow of influent water from the wastewater treatment apparatus consisting of anaerobic tank, aerobic tank, and denitrification tank is introduced. By dividing the path into anaerobic and aerobic tanks and separating them, the effects of microorganisms that are essential for biological wastewater treatment from the high concentration of microbial inhibitors are reduced, thereby increasing the survival rate and preventing imbalances in the wastewater treatment process due to the death of microorganisms. In addition, we have completed a stable wastewater treatment system that can remove organic nitrogen and organic matter contained in wastewater.

대한민국 등록특허 제10-11868450000호Republic of Korea Patent No. 10-11868450000

본 발명의 목적은 고농도의 미생물 저해인자를 포함하는 폐수 내 유기성 질소 및 유기물의 제거효율을 향상시킬 수 있는 생물전기화학적 폐수처리장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus capable of improving the removal efficiency of organic nitrogen and organic matter in wastewater containing a high concentration of microbial inhibitors.

본 발명의 다른 목적은 상기 폐수처리장치를 이용하여 효율적으로 폐수처리하는 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method for efficiently treating wastewater using the wastewater treatment apparatus.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above object,

혐기조와;Anaerobic tank;

상기 혐기조와 연통되는 호기조와;An aerobic tank communicating with the anaerobic tank;

상기 호기조와 연통되는 탈질조와;A denitrification tank communicating with the expiratory tank;

상기 혐기조와 호기조를 연통시키는 양이온교환막과;A cation exchange membrane for communicating the anaerobic tank and the aerobic tank;

상기 호기조와 탈질조를 연통시키는 음이온교환막과;An anion exchange membrane for communicating the aerobic tank and the denitrification tank;

상기 혐기조에 구비되는 환원전극과 호기조에 구비되는 산화전극으로 구성되는 전위장치와; 및A potential device comprising a reduction electrode provided in the anaerobic tank and an anode provided in the aerobic tank; And

상기 혐기조와 탈질조를 연통시키는 혐기조 유출수 이송관을 포함하여 구성되는 생물전기화학적 폐수처리장치에 있어서, In the bioelectrochemical wastewater treatment apparatus comprising an anaerobic tank effluent transport pipe communicating the anaerobic tank and the denitrification tank,

상기 혐기조는 하부에 구비된 유입구로부터 분기되어 상기 호기조에 연통되는 폐수 이송관을 구비하고, 상기 호기조는 상기 탈질조에 연통되는 수위조절관을 구비하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치를 제공한다.
The anaerobic tank is provided with a waste water transfer pipe branched from the inlet provided in the lower portion communicating with the aerobic tank, the aerobic tank provides a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus characterized in that it comprises a water level control tube communicated to the denitrification tank. .

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

유기성 질소 및 유기물을 포함하는 고농도의 폐수를 혐기조 유입구 및 상기 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 혐기조와 호기조에 분리 유입시키는 단계(단계 1);Separating the high concentration of wastewater containing organic nitrogen and organic matter into the anaerobic tank and the aerobic tank through an anaerobic tank inlet and a wastewater transfer pipe branched from the anaerobic tank inlet (step 1);

상기 혐기조에 구비되는 환원전극 상에 형성된 미생물층에서, 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 유입된 폐수에 포함된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 양이온교환막을 통해 호기조로 이동시키는 단계(단계 2);In the microbial layer formed on the reduction electrode provided in the anaerobic tank, to decompose the organic matter contained in the introduced wastewater, and to transfer ammonia contained in the introduced wastewater or ammonia generated by the decomposition of the organic matter to the aerobic tank through a cation exchange membrane Step (step 2);

상기 호기조에 부유하는 질산화 미생물 또는 호기조에 구비되는 산화전극 상에 형성된 미생물층에서, 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 양이온 교환막을 통해 이송된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 질산염으로 전환시키는 단계(단계 3); 및In the microbial layer formed on the nitrification microorganism suspended in the aerobic tank or the anode electrode provided in the aerobic tank, decomposes the organic matter contained in the wastewater introduced through the wastewater conveying pipe branched from the anaerobic inlet, ammonia transferred through the cation exchange membrane or Converting the ammonia generated by decomposition of the organic material into nitrate (step 3); And

상기 단계 3에서 전환된 질산염을 농도구배에 의해서 음이온교환막을 통해 탈질조로 이동시키고, 상기 질산염을 유기물과 반응시켜 탈질반응을 수행하는 단계(단계 4)를 포함하되, 추가적으로 상기 단계 3에서, 상기 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 의해 호기조의 수위가 높아지는 경우 수위조절관을 통해 호기조 내 물을 탈질조로 이송시키는 단계(단계 5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도의 폐수를 처리하는 방법을 제공한다.
In the step 3, the nitrate converted in step 3 is transferred to a denitrification tank through an anion exchange membrane by a concentration gradient, and the denitrification reaction is performed by reacting the nitrate with an organic material (step 4). When the level of the aerobic tank is increased by the wastewater introduced through the transfer pipe to provide a method for treating high concentration of wastewater, further comprising the step (step 5) of transferring the water in the aerobic tank to the denitrification tank through the water level control pipe. do.

본 발명에 따른 폐수처리방법은 폐수의 유입 경로를 분기시켜 분리 유입시킴으로써, 폐수에 포함되어 있는 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물 저해 인자로부터 생물학적 폐수처리과정에 필수적인 미생물에 미치는 영향을 감소시켜 미생물의 생존율을 증가시키고, 미생물의 사멸에 의한 폐수처리과정의 불균형을 사전에 방지함으로써, 폐수에 포함되어 있는 유기성 질소 및 유기물의 제거를 안정적으로 처리할 수 있으므로 수질개선용 폐수처리장치 및 방법에 유용하게 사용할 수 있다.
In the wastewater treatment method according to the present invention, by branching the inflow path of the wastewater and separating it, the effect of the microorganisms is reduced by reducing the influence on the microorganisms essential for the biological wastewater treatment process from the microbial inhibitors such as high concentration antibiotics and disinfectants included in the wastewater. By increasing the survival rate and preventing the imbalance of the wastewater treatment process by the killing of microorganisms in advance, it is possible to reliably remove the organic nitrogen and organic matter contained in the wastewater, which is useful for the wastewater treatment apparatus and method for water quality improvement. Can be used.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수처리장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리장치와 유입수의 유입 경로를 분기시키지 않은 종래 폐수처리장치를 이용하여 미생물에 대한 저해인자의 농도에 따른 폐수 중 암모니아의 제거효율을 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐수처리장치와 유입수의 유입 경로를 분기시키지 않은 종래 폐수처리장치를 이용하여 미생물에 대한 저해인자의 농도에 따른 폐수 중 유기물의 제거효율을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 사용한 유입수의 유입 경로를 분기시키지 않은 종래 폐수처리장치의 모식도이다.
1 is a schematic view of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph comparing the removal efficiency of ammonia in the wastewater according to the concentration of the inhibitory factor against the microorganisms using the conventional wastewater treatment apparatus does not branch the wastewater treatment apparatus according to the present invention and the inflow path of the influent.
Figure 3 is a graph comparing the removal efficiency of organic matter in the wastewater according to the concentration of inhibitory factors for microorganisms using the conventional wastewater treatment apparatus does not branch the wastewater treatment apparatus according to the present invention and the inflow path of the influent.
Figure 4 is a schematic diagram of a conventional wastewater treatment apparatus that does not branch the inflow path of the influent water used in the experimental example of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 목적은 고농도의 미생물 저해인자를 포함하는 폐수 내 유기성 질소 및 유기물의 제거효율을 향상시킬 수 있는 생물전기화학적 폐수처리장치를 제공한다.
It is an object of the present invention to provide a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus capable of improving the removal efficiency of organic nitrogen and organic matter in wastewater containing a high concentration of microbial inhibitors.

구체적으로 본 발명은,More specifically,

혐기조(1)와;Anaerobic tank (1);

상기 혐기조(1)와 연통되는 호기조(2)와;An aerobic tank (2) communicating with the anaerobic tank (1);

상기 호기조(2)와 연통되는 탈질조(3)와;A denitrification tank 3 communicating with the exhalation tank 2;

상기 혐기조(1)와 호기조(2)를 연통시키는 양이온교환막(4)과;A cation exchange membrane (4) for communicating the anaerobic tank (1) and the aerobic tank (2);

상기 호기조(2)와 탈질조(3)를 연통시키는 음이온교환막(5)과;An anion exchange membrane (5) for communicating the exhalation tank (2) with the denitrification tank (3);

상기 혐기조(1)에 구비되는 환원전극(6)과 호기조(2)에 구비되는 산화전극(7)으로 구성되는 전위장치(8)와; 및A potential device 8 composed of a reduction electrode 6 provided in the anaerobic tank 1 and an oxidation electrode 7 provided in the aerobic tank 2; And

상기 혐기조(1)와 탈질조(3)를 연통시키는 혐기조 유출수 이송관(9)을 포함하여 구성되는 생물전기화학적 폐수처리장치에 있어서, In the bioelectrochemical wastewater treatment apparatus comprising an anaerobic tank effluent transport pipe (9) for communicating the anaerobic tank (1) and the denitrification tank (3),

상기 혐기조(1)는 하부에 구비된 유입구(10)로부터 분기되어 상기 호기조(2)에 연통되는 폐수 이송관(11)이 구비되고 상기 호기조(2)는 상기 탈질조(3)에 연통되는 수위조절관(12)이 구비되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치를 제공한다.
The anaerobic tank (1) is provided with a waste water transfer pipe (11) branched from the inlet (10) provided in the lower portion in communication with the exhalation tank (2) and the exhalation tank (2) is in communication with the denitrification tank (3) It provides a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus, characterized in that the control tube 12 is provided.

이하, 본 발명에 따른 상기 폐수처리장치를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the wastewater treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

본 발명의 일실시 형태에 따른 상기 폐수처리장치는 호기조(2)를 중심으로 혐기조(1)와 탈질조(3)가 혐기조(1)→호기조(2)→탈질조(3)의 순서로 연통부(20, 21)를 통해 연결되는 구조를 갖으며, 상기 혐기조(1)와 호기조(2) 사이의 연통부(20)에는 양이온교환막(4)이 구비되고, 호기조(2)와 탈질조(3) 사이의 연통부(21)에는 음이온교환막(5)이 구비된다. 또한, 상기 혐기조(1)에 구비되는 환원전극(6) 및 호기조(2)에 구비되는 산화전극(7)으로 구성되는 전위장치(8), 상기 혐기조(1)와 탈질조(3)를 연통시키는 혐기조 유출수 이송관(9)이 구비된다. 나아가, 상기 혐기조(1)는 하부에 구비된 유입구(10)로부터 분기되어 상기 호기조(2)에 연통되는 폐수 이송관(11)이 구비되고 상기 호기조(2)는 호기조(2) 내 수위조절을 위해 상기 탈질조(3)에 연통되는 수위조절관(12)을 포함한다.
In the wastewater treatment apparatus according to the embodiment of the present invention, the anaerobic tank (1) and the denitrification tank (3) communicate with each other in the order of anaerobic tank (1) → aerobic tank (2) → denitrification tank (3). It has a structure connected through the parts (20, 21), the communication portion 20 between the anaerobic tank (1) and the aerobic tank (2) is provided with a cation exchange membrane (4), the aerobic tank (2) and denitrification tank ( The communicating portion 21 between 3) is provided with an anion exchange membrane 5. Further, a potential device 8 composed of a reduction electrode 6 provided in the anaerobic tank 1 and an anode electrode 7 provided in the aerobic tank 2, and the anaerobic tank 1 and the denitrification tank 3 communicate with each other. Anaerobic tank effluent transport pipe 9 is provided to. Furthermore, the anaerobic tank 1 is provided with a wastewater transfer pipe 11 branched from the inlet 10 provided in the lower portion to communicate with the aerobic tank 2, and the aerobic tank 2 controls the water level in the aerobic tank 2. In order to communicate with the denitrification tank (3) comprises a water level control tube (12).

먼저, 본 발명에 따른 폐수처리장치에 있어서, 상기 혐기조(1)의 하부에는 유입구(10)가 구비되고, 상기 유입구(10)로부터 분기되어 호기조(2)에 연통되는 폐수 이송관(11)이 연결된다. 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물을 저해하는 인자, 유기성 질소 및 유기물을 포함하는 폐수가 상기 유입구(10)를 통해 혐기조(1)로 유입되거나, 상기 유입구(10)로부터 분기된 폐수 이송관(11)을 통해 호기조(2)로 유입된다. 혐기조(1)로 유입된 폐수는 미생물을 이용한 혐기성 발효 반응을 통해 폐수 내 난분해성 유기물이 1차 분해가 된다. 또한, 상기 혐기조(1)의 상부에는 양이온교환막(4)을 통과하지 못하여 호기조(2)로 이동되지 못한 잔류 유기물 및 유기성 질소를 포함하는 유입수가 탈질조(3) 하부로 이송될 수 있는 혐기조 유출수 이송관(9)이 구비된다.
First, in the wastewater treatment apparatus according to the present invention, an inlet 10 is provided at the lower portion of the anaerobic tank 1, and a wastewater transport pipe 11 branched from the inlet 10 communicates with the aerobic tank 2. Connected. Wastewater containing factors that inhibit microorganisms, such as high concentrations of antibiotics and disinfectants, organic nitrogen and organic matter, enters the anaerobic tank 1 through the inlet 10 or branched from the inlet 10. Inflow into the aerobic tank (2). Wastewater introduced into the anaerobic tank (1) is the first decomposition of the hard-decomposable organic matter in the wastewater through the anaerobic fermentation reaction using microorganisms. In addition, an anaerobic tank effluent water may be transported to the lower part of the denitrification tank (3) in the upper portion of the anaerobic tank (1), the inflow water containing residual organic matter and organic nitrogen that could not pass through the cation exchange membrane (4) to the aerobic tank (2) The transfer pipe 9 is provided.

구체적으로, 상기 혐기조(2)는 고농도의 미생물의 저해인자 및 유기물을 포함한 폐수가 유입되면 가수분해, 유기산 생성, 메탄 발효 등의 과정을 통해 유기물 분해가 이루어진다. 또한, 일부의 폐수는 상기 유입구(10)로부터 분기된 폐수 이송관(11)을 통해 호기조로 유입되기 때문에 혐기조(1)로 유입되는 항생제, 소독제 등의 미생물 저해인자의 농도가 낮아지므로 혐기조(1) 내 미생물에 미치는 영향이 감소되어, 미생물의 생존률이 증가된다. 따라서, 미생물에 의한 유기물 분해를 촉진시킬 수 있으며, 이로 인해 차기 폐수처리과정이 가속화된다. 혐기조(1) 내 환원전극(6)에는 미생물들의 층이 형성되며, 상기 미생물층의 표면에서 유기물이 분해 또는 재분해된다.
Specifically, the anaerobic tank (2) is decomposed organic matter through the process of hydrolysis, organic acid generation, methane fermentation, etc. when the wastewater containing a high concentration of inhibitors and organic matter of the microorganism is introduced. In addition, since some wastewater is introduced into the aerobic tank through the wastewater transfer pipe 11 branched from the inlet 10, the concentration of microbial inhibitors such as antibiotics and disinfectants that enter the anaerobic tank 1 is lowered. Influence on the microorganisms in the cells is reduced, which increases the survival rate of the microorganisms. Therefore, it is possible to promote the decomposition of organic matter by microorganisms, thereby accelerating the next wastewater treatment process. A layer of microorganisms is formed on the reduction electrode 6 in the anaerobic tank 1, and organic matter is decomposed or re-decomposed on the surface of the microbial layer.

본 발명에 따른 폐수처리장치에 있어서, 상기 양이온교환막(4)은 상기 혐기조 내 존재하는 암모니아를 선택적으로 호기조로 이동시키는 역할을 수행한다. 상기 암모니아는 폐수 내에 기존재하거나 유기물의 분해과정에서 생성될 수 있다. 상기 양이온교환막(4)으로는 일가 양이온에 대해 선택성을 갖는 양이온교환막이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 CMX(일본 Astom사, NEOSRPTA membrane) 등을 사용할 수 있다.
In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the cation exchange membrane 4 serves to selectively move ammonia present in the anaerobic tank to an aerobic tank. The ammonia may be present in the wastewater or may be generated during the decomposition of organic matter. As the cation exchange membrane 4, any cation exchange membrane having a selectivity to a monovalent cation can be used without particular limitation, and for example, CMX (Atom Japan, NEOSRPTA membrane) can be used.

본 발명에 따른 폐수처리장치에 있어서, 상기 호기조(2)는 유입구(10)로부터 분기된 폐수 이송관(11)을 통해 항생제, 소독제 등의 미생물을 저해하는 인자, 유기성 질소 및 유기물을 포함하는 폐수가 유입되면 미생물에 의해 유기물의 분해가 이루어진다. 폐수가 혐기조(1) 뿐만 아니라 호기조(2)로 분리 유입되므로, 혐기조(1)에서 고농도의 미생물 저해인자에 의해 미생물이 사멸하는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 폐수처리과정의 불균형을 사전에 방지할 수 있으며, 유기물 분해가 호기조(2)에서도 수행되므로 유기물 분해효율이 증가된다.In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the aerobic tank (2) is a wastewater containing a factor, organic nitrogen and organic substances that inhibit microorganisms such as antibiotics, disinfectants through the wastewater transfer pipe 11 branched from the inlet (10) When is introduced, the decomposition of organic matter is made by microorganisms. Since the wastewater is separately introduced into the aerobic tank (1) as well as the aerobic tank (2), it is possible to prevent the killing of microorganisms by the high concentration of microbial inhibitors in the anaerobic tank (1), thereby preventing the imbalance of the wastewater treatment process in advance. It can be, and since the decomposition of organic matter is also carried out in the aerobic tank (2) increases the decomposition efficiency of organic matter.

또한, 상기 호기조(2)는 혐기조(1)로 유입되는 폐수 내에 기존재하거나 혐기조에서 유기물의 분해과정에서 생성되어 양이온 교환막(4)을 통과하여 유입된 암모니아 또는 호기조(2)로 유입되는 폐수 내에 기존재하거나 호기조에서 유기물의 분해과정에서 생성된 암모니아가 호기조(2) 내의 미생물 및 산화전극(7)에 형성된 미생물층에서 질산염으로 전환된다. 질산염으로 전환되는 과정은 사용되는 미생물의 종류에 따라 상이할 수 있으며, 이에 따른 몇 가지 예를 들면 하기 반응식 1 내지 4와 같다. 하기 반응식의 괄호 내의 기재는 질산염으로 전환시키는 미생물을 의미한다. In addition, the aerobic tank (2) is present in the wastewater flowing into the anaerobic tank (1) or in the wastewater flowing into the ammonia or aerobic tank (2) introduced through the cation exchange membrane (4) generated during the decomposition of organic matter in the anaerobic tank (4) The ammonia existing or generated during the decomposition of organic matter in the aerobic tank is converted to nitrate in the microorganism in the aerobic tank 2 and the microbial layer formed on the anode 7. The process of converting to nitrate may vary depending on the type of microorganism used, and some examples thereof are shown in Schemes 1 to 4 below. Substrates in parentheses in the following schemes refer to microorganisms that convert to nitrates.

<반응식 1><Reaction Scheme 1>

NH4 + + 1.5O2 ----> NO2 - + H2O + 2H+ (Nitrosomonas) NH 4 + + 1.5O 2 ----> NO 2 - + H 2 O + 2H + (Nitrosomonas)

<반응식 2><Reaction Scheme 2>

NO2 - + 0.5O2 ----> NO3 - (Nitrobacter) NO 2 - + 0.5O 2 ----> NO 3 - (Nitrobacter)

<반응식 3><Reaction Scheme 3>

NH4 + + 2H2O + 6Fe3 + ---> NO2 - + 6Fe2 + + 8H+ (Iron reducing bacteria) NH 4 + + 2H 2 O + 6Fe 3 + ---> NO 2 - + 6Fe 2 + + 8H + (Iron reducing bacteria)

<반응식 4><Reaction Scheme 4>

NO2 - + 2Fe3 + + H2O ---> NO3 - + 2Fe2 + + 2H+ (Iron reducing bacteria) NO 2 - + 2Fe 3 + + H 2 O ---> NO 3 - + 2Fe 2 + + 2H + (Iron reducing bacteria)

반응식 1과 반응식 2는 질산화 반응에 있어서 용존 산소량(DO, dissolved oxygen) 농도가 충분히 유지가 될 때 일어나는 반응이다. 즉, 유기물이 존재하지 않고 암모니아의 농도가 낮을 경우 용존 산소량 결핍 상태가 일어나지 않고 원활히 암모니아의 산화가 일어난다. Schemes 1 and 2 are reactions that occur when the dissolved oxygen (DO) concentration is sufficiently maintained in the nitrification reaction. That is, when no organic matter is present and the concentration of ammonia is low, the dissolved oxygen amount deficiency does not occur and oxidation of ammonia occurs smoothly.

반응식 3 및 반응식 4는 산소의 공급이 원활하지 않은 상태에서 일어나는 암모니아의 산화 반응이다. 축산폐수 등과 같은 폐수가 유입되는 경우에는 암모니아의 농도가 수천 ppm에 이르기 때문에 산소의 공급이 원활하지 않아서 상기 반응식 3 및 반응식 4의 반응들이 일어날 수 있다.Schemes 3 and 4 are oxidation reactions of ammonia that occur in a state in which oxygen is not supplied smoothly. When wastewater such as livestock wastewater is introduced, the concentration of ammonia reaches thousands of ppm, so that oxygen is not supplied smoothly, so that the reactions of Schemes 3 and 4 may occur.

한편, 호기조(2) 내에서 산소의 공급이 원활하지 않은 상태인 경우, 발생가능한 다른 반응으로서는 하기 반응식 5와 같은 탈질반응을 들 수 있다. On the other hand, when oxygen is not supplied smoothly in the aerobic tank 2, another reaction that may occur may include a denitrification reaction as in Scheme 5 below.

<반응식 5><Reaction Scheme 5>

NH4 + + NO2 - ----> N2 + 2H2O (Anammox bacteria) NH 4 + + NO 2 - ---- > N 2 + 2H 2 O (Anammox bacteria)

나아가, 호기조(2)의 상부에는 탈질조(3)와 연통되는 수위조절관(12)이 구비되고, 호기조(2)로 유입된 폐수의 양에 따라 호기조(2) 내 수위를 조절하기 위해, 호기조 과정을 수행하여 처리된 폐수는 상기 수위조절관(12)을 통해 탈질조(3)로 이송된다. Furthermore, the upper part of the exhalation tank (2) is provided with a water level control tube (12) communicating with the denitrification tank (3), in order to adjust the water level in the exhalation tank (2) in accordance with the amount of wastewater introduced into the exhalation tank (2), The wastewater treated by performing the aerobic tank process is transferred to the denitrification tank 3 through the water level control tube 12.

또한, 상기 호기조(2)에는 질산화 반응이 원활하게 수행되도록 산기관(14)이 구비된 폭기(19)가 더 포함될 수 있다. 상기 산기관(14)이 구비된 폭기(19)는 호기조(2)의 하부에 구비되어 산소 공급 및 액체의 유동성을 제공할 수 있다.
In addition, the aerobic tank 2 may further include an aeration 19 provided with the diffuser 14 so as to perform the nitrification smoothly. The aeration 19 provided with the diffuser 14 may be provided under the aeration tank 2 to provide oxygen supply and fluidity of the liquid.

본 발명에 따른 폐수처리 장치에 있어서, 상기 전위장치(8)는 혐기조에 환원전극(6)과 호기조(2)에 구비되는 산화전극(7)을 포함하여, 전압이 부가되는 경우 발생하는 전기장에 의해, 혐기조(1)의 암모니아가 양이온교환막(4)을 통해 호기조(2)로 이동하는 속도를 향상시키고, 혐기조(1)의 환원전극(6)에서 유기물의 분해를 보조하는 역할을 한다. 이때, 상기 전위장치(8)에 가하는 전압의 크기를 조절함으로써, 암모니아가 양이온교환막(8)을 통과하여 호기조(2)로 전달되는 속도를 제어할 수 있다. 또한 호기조(2)의 산화전극(7)에서 전압이 부가되는 경우, 발생하는 전기장에 의해 호기조(2)에서 생성되는 질산염이 농도구배에 의해 탈질조(3)로 전달되는 속도를 제어할 수 있다.
In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the potential device 8 includes a reduction electrode 6 and an anode electrode 7 provided in the aerobic tank 2 in the anaerobic tank, so that the electric field generated when the voltage is applied. As a result, the speed at which ammonia in the anaerobic tank 1 moves to the aerobic tank 2 through the cation exchange membrane 4 is improved, and serves to assist the decomposition of organic matter in the reduction electrode 6 of the anaerobic tank 1. At this time, by adjusting the magnitude of the voltage applied to the potential device 8, it is possible to control the rate at which the ammonia is passed through the cation exchange membrane (8) to the aerobic tank (2). In addition, when voltage is applied at the anode 7 of the aerobic tank 2, the rate at which the nitrate generated in the aerobic tank 2 is transferred to the denitrification tank 3 by the concentration gradient can be controlled by the generated electric field. .

본 발명에 따른 폐수처리장치에 있어서, 상기 음이온교환막(5)은 호기조(2)에서 생성된 질산염을 선택적으로 탈질조(3)로 통과시키는 역할을 한다. 상기 음이온교환막(5)으로는 일가 음이온에 대해 선택성을 갖는 음이온교환막이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 AMX(일본 Astom사, NEOSRPTA membrane) 등을 사용할 수 있다.
In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the anion exchange membrane (5) serves to selectively pass the nitrate generated in the aerobic tank (2) to the denitrification tank (3). The anion exchange membrane 5 may be used without particular limitation as long as it is an anion exchange membrane having selectivity to monovalent anions, and for example, AMX (NEOSRPTA membrane, Japan) may be used.

본 발명에 따른 폐수처리 장치에 있어서, 상기 탈질조(3)에서는 호기조(2)의 음이온교환막(5)을 선택적으로 통과하여 이송된 질산염과 혐기조(1) 및 호기조(2)로부터 이송되는 유출수 내에 존재하는 유기물이 하기 반응식 6과 같은 탈질반응을 수행하며, 탈질반응으로 생성된 질소는 가스배출구(15)을 통해 배출된다. In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, in the denitrification tank (3), the nitrate and the anaerobic tank (1) and the effluent tank (2) that are selectively transported through the anion exchange membrane (5) of the aerobic tank (2) are transported. The organic matter present is subjected to a denitrification reaction as shown in Scheme 6, and the nitrogen produced by the denitrification reaction is discharged through the gas outlet 15.

<반응식 6><Reaction Scheme 6>

2NO3 - + 6H2 ----> N2 + 2OH- + 4H2O2NO 3 - + 6H 2 ----> N 2 + 2OH - + 4H 2 O

상기 혐기조(2)의 유입구(10)로부터 분기된 폐수 이송관(11)의 구비로 인하여, 폐수에 포함되어 있는 항생제, 소독제 등의 미생물 저해인자의 농도 변화에 능동적으로 대처할 수 있다. 특히, 고농도의 미생물 저해인자를 포함한 폐수가 유입되는 경우 분기시켜 혐기조(1) 및 호기조(2)로 유입시킴으로써, 미생물 저해인자 농도가 낮아지므로 혐기조(1)에서는 유기물 분해 과정에 필수적인 미생물의 사멸을 사전에 방지하여 미생물에 의한 유기물의 분해를 촉진시킬 수 있으며, 유기물 분해로 인해 생성된 암모니아를 양이온교환막(4)을 통해 호기조로 이동시켜 암모니아의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 또한 호기조(2)에서는 폐수가 직접 유입됨에 따라, 폐수 내 기존재하거나 유기물 분해 후 생성된 암모니아가 이동하지 않아도 되므로 질산염으로 전환되는 속도를 증가시킬 수 있다.Due to the provision of the wastewater conveying pipe 11 branched from the inlet 10 of the anaerobic tank 2, it is possible to actively cope with changes in the concentration of microbial inhibitors such as antibiotics and disinfectants contained in the wastewater. In particular, when wastewater containing a high concentration of microbial inhibitors flows into the anaerobic tank (1) and aerobic tank (2), the concentration of microbial inhibitors is lowered, so that the anaerobic tank (1) kills the microorganisms essential for the organic decomposition process. It can be prevented in advance to promote the decomposition of organic matter by the microorganism, and the ammonia generated by the decomposition of organic matter can be moved to the aerobic tank through the cation exchange membrane (4) to increase the removal efficiency of ammonia. In addition, in the aerobic tank 2, as the wastewater is directly introduced, the ammonia existing in the wastewater or generated after decomposition of organic matter does not have to move, thereby increasing the rate of conversion to nitrate.

나아가, 혐기조(1)에서 미생물의 생존율이 증가하므로 혐기조(1)의 미생물이 혐기조 유출수 이송관(9)을 통해 탈질조(3)로 이송될 경우 탈질의 효과를 극대화시킬 수 있으므로, 폐수 내에 잔존하는 유기물 및 암모니아가 효율적으로 제거된다.
Furthermore, since the survival rate of microorganisms in the anaerobic tank 1 increases, when the microorganisms in the anaerobic tank 1 are transferred to the denitrification tank 3 through the anaerobic tank effluent transport pipe 9, the effect of denitrification can be maximized. Organic matter and ammonia are removed efficiently.

또한, 본 발명은 하기 단계들을 포함하여 구성되는 효율적으로 폐수를 처리하는 방법을 제공한다:The present invention also provides a method of efficiently treating wastewater comprising the following steps:

유기성 질소 및 유기물을 포함하는 고농도의 폐수를 혐기조 유입구 및 상기 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 혐기조와 호기조에 분리 유입시키는 단계(단계 1);Separating the high concentration of wastewater containing organic nitrogen and organic matter into the anaerobic tank and the aerobic tank through an anaerobic tank inlet and a wastewater transfer pipe branched from the anaerobic tank inlet (step 1);

상기 혐기조에 구비되는 환원전극 상에 형성된 미생물층에서, 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 유입된 폐수에 포함된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 양이온교환막을 통해 호기조로 이동시키는 단계(단계 2);In the microbial layer formed on the reduction electrode provided in the anaerobic tank, to decompose the organic matter contained in the introduced wastewater, and to transfer ammonia contained in the introduced wastewater or ammonia generated by the decomposition of the organic matter to the aerobic tank through a cation exchange membrane Step (step 2);

상기 호기조에 부유하는 질산화 미생물 또는 호기조에 구비되는 산화전극 상에 형성된 미생물층에서, 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 양이온교환막을 통해 이송된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 질산염으로 전환시키는 단계(단계 3); 및In the microbial layer formed on the nitrification microorganisms suspended in the aerobic tank or the anode electrode provided in the aerobic tank, decomposes the organic matter contained in the wastewater introduced through the wastewater transfer pipe branched from the anaerobic inlet, ammonia transferred through the cation exchange membrane or Converting the ammonia generated by decomposition of the organic material into nitrate (step 3); And

상기 단계 3에서 전환된 질산염을 농도구배에 의해서 음이온교환막을 통해 탈질조로 이동시키고, 상기 질산염을 유기물과 반응시켜 탈질반응을 수행하는 단계(단계 4)를 포함하되, 추가적으로 상기 단계 3에서, 상기 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 의해 호기조의 수위가 높아지는 경우 수위조절관을 통해 호기조 내 물을 탈질조로 이송시키는 단계(단계 5).
In the step 3, the nitrate converted in step 3 is transferred to a denitrification tank through an anion exchange membrane by a concentration gradient, and the denitrification reaction is performed by reacting the nitrate with an organic material (step 4). When the level of the aerobic tank is increased by the wastewater introduced through the transfer pipe step of transferring the water in the aerobic tank to the denitrification tank through the level control pipe (step 5).

이하, 본 발명에 따른 상기 폐수처리방법을 단계별로 더욱 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the wastewater treatment method according to the present invention will be described in more detail step by step.

먼저, 상기 단계 1은 유기성 질소 및 유기물을 포함하는 고농도의 폐수를 혐기조 유입구 및 상기 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 혐기조와 호기조에 분리 유입시키는 단계이다.First, step 1 is a step of separating and introducing a high concentration of wastewater containing organic nitrogen and organic matter into the anaerobic tank and the aerobic tank through an anaerobic tank inlet and a wastewater transfer pipe branched from the anaerobic tank inlet.

상기 단계 1에서 혐기조에 유입 및 혐기조 유입구에서 분기한 폐수 이송관을 통해 호기조에 유입되는 폐수는 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물 저해인자, 유기성 질소, 유기물 등을 포함하는 축산폐수, 오폐수 등이 될 수 있다. 또한, 상기 유입되는 폐수의 미생물 저해인자의 농도에 따라 혐기조 또는 호기조 폐수 유입량을 조절할 수 있다.
Wastewater flowing into the aerobic tank through the wastewater transfer pipe inflow into the anaerobic tank and branched from the anaerobic tank inlet in the step 1 will be a livestock wastewater, wastewater including organic nitrogen, organic matter, microorganism inhibitors such as high concentrations of antibiotics, disinfectants, etc. Can be. In addition, anaerobic or aerobic wastewater inflow can be adjusted according to the concentration of the microbial inhibitors of the incoming wastewater.

다음으로, 본 발명에 따른 폐수처리 방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 혐기조에 구비되는 환원전극 상에 형성된 미생물층에서 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해 및 유입된 폐수에 포함된 암모니아를 양이온교환막을 통해 호기조로 이동시키는 단계이다. Next, in the wastewater treatment method according to the present invention, the step 2 is to cation exchange the ammonia contained in the wastewater and the organic matter contained in the wastewater introduced from the microbial layer formed on the reduction electrode provided in the anaerobic tank It is the step of moving to the aerobic tank through the membrane.

이때, 상기 암모니아는 양이온교환막을 통해 선택적으로 호기조 내부로 유입시킬 수 있고, 외부전원으로부터 공급되는 전압의 크기가 클수록 암모니아가 양이온교환막을 통과하는 속도가 향상된다.At this time, the ammonia can be selectively introduced into the aerobic tank through the cation exchange membrane, the speed of the ammonia passes through the cation exchange membrane is increased as the magnitude of the voltage supplied from the external power source.

상기 미생물로는 혐기성 발효반응을 수행할 수 있는 혐기성 미생물이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 상기와 같은 미생물 중에는 슈와넬라 변종(Shewanella sp.)처럼 전극으로 직접 전자를 전달할 수 있는 종도 있을 수 있고, 화학물질을 이용한 산화환원 반응을 통해 전극으로 전자를 공급할 수 있는 종도 있을 수 있다. 또한, 이들은 유기물을 분해할 때 산화전극과 환원전극간의 전위차를 기전력으로 이용하여 유기물 분해를 위한 기전력으로 활용할 수 있다.
The microorganism may be used without particular limitation as long as it is an anaerobic microorganism capable of carrying out anaerobic fermentation reaction, and among such microorganisms, there may be a species capable of transferring electrons directly to the electrode, such as Shewanella sp. There may also be species capable of supplying electrons to the electrodes through redox reactions using chemicals. In addition, they can be utilized as an electromotive force for organic material decomposition by using the potential difference between the anode and the cathode as an electromotive force when decomposing the organic material.

다음으로, 본 발명에 따른 폐수처리 방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 호기조에 부유하는 질산화 미생물 또는 호기조에 구비되는 산화전극 상에 형성된 미생물층에서, 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 양이온교환막을 통해 이송된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 질산염으로 전환시키는 단계이다.Next, in the wastewater treatment method according to the present invention, the step 3 is introduced through the wastewater transfer pipe branched from the anaerobic inlet in the microbial layer formed on the nitric oxide microorganisms floating in the aerobic tank or the anode provided in the aerobic tank. Decomposing organic matter contained in the wastewater, and ammonia transferred through the cation exchange membrane or ammonia generated by the decomposition of the organic matter is converted to nitrate.

상기 단계 3의 미생물은 호기 조건에서 암모니아를 질산화시킬 수 있는 호기성 미생물이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 산화전극 상에 형성된 미생물은 단계 2의 환원전극에서 발생되는 전자를 최종적으로 수용하여 화학물질의 환원에 필요한 전자를 받는 역할을 수행할 수 있다. The microorganism of step 3 may be used without particular limitation as long as it is an aerobic microorganism capable of nitrifying ammonia under aerobic conditions. In addition, the microorganism formed on the anode may serve to receive the electrons necessary for the reduction of the chemical by finally receiving the electrons generated in the cathode of step 2.

또한, 용존 산소량 농도를 충분히 유지시키면 상기 반응식 1 및 2와 같은 반응을 통해 암모니아를 질산염으로 전환시키는 반응을 수행하며, 고농도의 암모니아가 포함된 축산 폐수 등이 유입되어 산소의 공급이 원할하지 않은 상태에서는 상기 반응식 3 및 4와 같은 반응을 통해 암모니아를 질산염으로 전환시키는 반응을 수행한다. In addition, if the dissolved oxygen content is sufficiently maintained, a reaction for converting ammonia to nitrate is carried out through a reaction as in Schemes 1 and 2, and a livestock wastewater containing a high concentration of ammonia flows in such a state that supply of oxygen is not desired. In the reaction of converting ammonia to nitrate through the same reaction schemes 3 and 4.

나아가, 호기조에 구비되는 산화전극 상에 미생물층이 두꺼워지면 상기 반응식 5와 같이 미생물층 내부에서는 질산염의 탈질반응을 수행할 수도 있다.
Furthermore, when the microbial layer is thickened on the anode provided in the aerobic tank, the denitrification reaction of nitrate may be performed in the microbial layer as in Scheme 5.

다음으로, 본 발명에 따른 폐수처리 방법에 있어서, 상기 단계 4는 상기 단계 3에서 전환된 질산염을 농도구배에 의해서 음이온교환막을 통해 탈질조로 이동시키고, 상기 질산염을 유기물과 반응시켜 탈질반응을 수행하는 단계이다.Next, in the wastewater treatment method according to the present invention, the step 4 is to move the nitrate converted in step 3 to the denitrification tank through an anion exchange membrane by the concentration gradient, and to perform the denitrification reaction by reacting the nitrate with an organic material Step.

이때, 상기 질산염은 농도구배에 의해 음이온교환막을 통해 선택적으로 탈질조 내부로 유입되는데, 전위장치에 공급되는 전압의 크기가 클수록 양이온교환막을 통한 혐기조로부터 호기조로 암모니아가 통과하는 속도가 향상되어 질산염의 농도가 증가하게 됨에 따라, 질산염의 농도가 증가하여 음이온교환막을 통해 탈질조로 질산염이 이송되는 속도가 증가하게 된다. At this time, the nitrate is selectively introduced into the denitrification tank through the anion exchange membrane by the concentration gradient, the greater the magnitude of the voltage supplied to the potential device, the faster the ammonia passes from the anaerobic tank through the cation exchange membrane to the aerobic tank to improve the As the concentration increases, the concentration of nitrate increases, which increases the rate at which the nitrate is transferred to the denitrification tank through the anion exchange membrane.

또한, 상기 질산염과 반응하는 유기물은 혐기조 유출수 이송관 및 수위조절관을 통해 탈질조로 유입되는 유입수에 포함되어 공급될 수 있다. 유입된 유기물과 질산염은 상술한 반응식 6과 같이 탈질반응을 수행하여 질소가스로 배출시킨다.
In addition, the organic material reacting with the nitrate may be supplied to the influent flowing into the denitrification tank through the anaerobic tank effluent transport pipe and the water level control pipe. The introduced organic matter and nitrate are discharged to nitrogen gas by performing a denitrification reaction as in Scheme 6 described above.

추가적으로, 본 발명에 따른 폐수처리 방법에 있어서, 상기 단계 5는 상기 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 의해 호기조의 수위가 높아지는 경우 수위조절관을 통해 호기조 내 물을 탈질조로 이송시키는 단계이다.
In addition, in the wastewater treatment method according to the present invention, step 5 is a step of transferring the water in the aerobic tank to the denitrification tank through the level control pipe when the level of the aerobic tank is increased by the wastewater introduced through the wastewater transfer pipe.

본 발명에 따른 폐수처리방법은 항생제, 소독제 등의 미생물 저해인자, 유기성 질소, 유기물 등을 포함하는 폐수를 혐기조 및 호기조로 분기시켜 분리 유입함으로써, 혐기조에서는 유기물 분해 과정에 필수적인 미생물의 사멸을 사전에 방지하여 미생물에 의한 유기물의 분해를 촉진시킬 수 있으며, 유기물 분해로 인해 생성된 암모니아를 호기조로 이동시켜 암모니아의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 호기조로 폐수를 직접 유입함에 따라, 호기조로 유입된 폐수 내 기존재하거나 유기물 분해 후 생성된 암모니아가 이동하지 않아도 되므로 질산염으로 전환되는 속도를 증가시킬 수 있다. 나아가, 혐기조에서 미생물의 생존율이 증가하므로 혐기조의 미생물이 탈질조로 이송될 경우 탈질의 효과를 극대화 시킬 수 있으므로, 폐수 내에 잔존하는 유기물 및 암모니아가 효율적으로 제거된다.
Wastewater treatment method according to the present invention by dividing the wastewater containing microbial inhibitors, such as antibiotics, disinfectants, organic nitrogen, organic matter, etc. into the anaerobic and aerobic tank to separate, and in advance, in the anaerobic tank to kill the microorganisms essential for the organic decomposition process It can be prevented to promote the decomposition of organic matter by the microorganism, and can move the ammonia generated by the decomposition of the organic matter to the aerobic tank to increase the removal efficiency of ammonia. In addition, as the wastewater flows directly into the aerobic tank, the ammonia existing in the wastewater introduced into the aerobic tank or generated after decomposition of organic matter does not have to move, thereby increasing the rate of conversion to nitrate. Furthermore, since the survival rate of microorganisms in the anaerobic tank is increased, when the anaerobic microorganism is transferred to the denitrification tank, the denitrification effect can be maximized, and organic matter and ammonia remaining in the waste water are efficiently removed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수처리방법은 폐수의 유입 경로를 분기시켜 분리 유입시킴으로써, 폐수에 포함되어 있는 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물 저해 인자로부터 생물학적 폐수처리과정에 필수적인 미생물에 미치는 영향을 감소시켜 미생물의 생존율을 증가시키고, 미생물의 사멸에 의한 폐수처리과정의 불균형을 사전에 방지함으로써, 폐수에 포함되어 있는 유기성 질소 및 유기물의 제거를 안정적으로 처리할 수 있으므로 수질개선용 폐수처리장치 및 방법에 유용하게 사용할 수 있다.
As described above, in the wastewater treatment method according to the present invention, the branched inflow path of the wastewater is separated and introduced, thereby affecting the microorganisms essential for the biological wastewater treatment process from microbial inhibitors such as high concentration antibiotics and disinfectants included in the wastewater. To increase the survival rate of microorganisms and to prevent the imbalance of the wastewater treatment process by the killing of microorganisms in advance, so that it is possible to stably remove the organic nitrogen and organic matter contained in the wastewater. And the method can be usefully used.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1> 유기물 및 유기성 질소 제거 폐수처리장치 수행 1> Performed organic matter and organic nitrogen removal wastewater treatment device

도 1에 나타낸 바와 같이, 반응기를 구성하여 폐수처리장치를 운전하였다. 혐기조와 호기조 사이의 양이온교환막은 CMX(일본 Astom사, NEOSRPTA membrane)를 사용하였고, 호기조와 탈질조 사이의 음이온교환막은 AMX(일본 Astom사, NEOSRPTA membrane)를 사용하였다.As shown in FIG. 1, a reactor was constructed to operate a wastewater treatment apparatus. The cation exchange membrane between the anaerobic tank and the aerobic tank was used as CMX (Japan Astom, NEOSRPTA membrane), and the anion exchange membrane between the aerobic tank and the denitrification tank was used as AMX (Japan Astom, NEOSRPTA membrane).

암모니아 1,702 mg N/L 질산염 220 mg N/L, 유기물 10,132mg COD/L 및 아질산성질소 10 mg N/L를 함유하는 유입수를 혐기조 유입구 및 이로부터 분기된 폐수이송관을 통해 각각 1:1의 비율로 분리 유입시켰고, pH 8.3이었고 수리학적 체류시간(HRT)은 5일이었으며, 반응기의 용량은 10 L이었고, 운전온도는 24-27 ℃이었다. 폭기는 호기조에서만 진행되었고 용존산소(이하 DO, dissolved oxygen)는 4-8 ppm으로 유지하였다. 각 반응기 내부에 장착된 전극의 재질은 흑연(graphite)이였고, 전원(power supply)을 이용해 혐기조-호기조에 대해 각각 3000 mV 전위를 적용하였으며, 이때 혐기조의 전극은 환원전극이고 호기조의 전극은 산화전극으로 사용되었다. 상기 조건으로 운전하여 유기물 및 유기성 질소의 분리를 유도하였다.
Inlet water containing ammonia 1,702 mg N / L nitrate 220 mg N / L, organics 10,132 mg COD / L, and 10 mg N / L nitrite nitrogen through the anaerobic inlet and the branched wastewater feed pipe, respectively, in a ratio of 1: 1 The reactor was separated inflow, pH 8.3, hydraulic retention time (HRT) was 5 days, reactor capacity was 10 L, and operating temperature was 24-27 ° C. Aeration was carried out only in the aerobic tank and dissolved oxygen (DO) was maintained at 4-8 ppm. The material of the electrode mounted inside each reactor was graphite, and 3000 mV potential was applied to the anaerobic tank-aerobic tank by using a power supply, where the electrode of the anaerobic tank was the reduction electrode and the electrode of the aerobic tank was oxidized. Used as an electrode. Operation under these conditions led to the separation of organics and organic nitrogen.

<< 실험예Experimental Example 1> 본 발명 및 종래의 폐수처리장치의 암모니아 처리효율 평가  1> Evaluation of Ammonia Treatment Efficiency of the Invention and the Conventional Wastewater Treatment System

본 발명에 따른 폐수처리장치로 미생물의 저해인자가 포함된 폐수를 처리하였을 경우, 종래의 폐수처리장치에 비하여 폐수에 포함되어 있는 암모니아의 처리효율이 향상된 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In the case of treating wastewater containing inhibitors of microorganisms with the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the following experiment was carried out to determine the degree to which the treatment efficiency of ammonia contained in the wastewater is improved compared to the conventional wastewater treatment apparatus. It was.

상기 종래의 폐수처리장치로 유입수조, 호기조, 무산소조, 양이온교환막 및 음이온교환막으로 이루어지는 도 4의 폐수처리장치(이하,"IEBR(ion exchange biological reactor)이라 한다.)를 사용하였다.As the conventional wastewater treatment apparatus, the wastewater treatment apparatus of FIG. 4 (hereinafter referred to as “IEBR (ion exchange biological reactor)”) consisting of an inflow water tank, an aerobic tank, an anoxic tank, a cation exchange membrane, and an anion exchange membrane was used.

구체적인 실험방법은 상기 미생물의 저해인자로는 질산화균의 저해물질로 잘 알려진 티오우레아(thiourea)를 사용하여 티오우레아의 농도에 따라 본 발명 및 종래의 폐수처리장치(IEBR)의 암모니아의 처리효율을 비교하였다. 티오우레아는 실질적으로 축산폐수에 본 실험 조건의 농도와 유사한 농도로 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 상기 실시예 1과 동일하게 본 발명에 따른 폐수처리장치 및 종래의 폐수처리장치(IEBR)의 반응기를 구성하고 운전하여 티오우레아의 농도에 따라 암모니아의 처리효율에 대한 비교 실험결과를 도 2에 나타내었다.Specific experimental method is to use the thiourea (thiourea), which is well known as an inhibitor of nitrifying bacteria as the inhibitor of the microorganisms according to the concentration of thiourea and the treatment efficiency of ammonia of the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR) Compared. Thiourea is known to contain substantially livestock wastewater at concentrations similar to those of these experimental conditions. The experimental results of the treatment efficiency of ammonia according to the concentration of thiourea are shown in FIG. 2 by constructing and operating a reactor of the wastewater treatment apparatus and the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR) according to the present invention as in Example 1. It was.

도 2에 나타낸 비교실험 결과와 같이, 유입수의 암모니아 농도를 1,702 ppm으로 일정하게 유지하여 유입시키며 측정한 결과, 종래의 폐수처리장치(IEBR)에서는 티오우레아의 농도가 0.2 ppm일 때, 유출수 내 1500 ppm 정도의 암모니아가 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 암모니아 처리효율이 약 10% 정도로 나타났다. 또한, 티오우레아의 농도를 0.6 ppm으로 증가시킨 경우, 유출수 내 암모니아가 유입수 내의 암모니아의 농도와 차이가 없는 것으로 측정되었고, 이로부터 암모니아의 처리효율이 0%까지 감소한 것을 알 수 있다.As a result of the comparative experiment shown in FIG. 2, the ammonia concentration of the influent was maintained at 1,702 ppm and measured, and as a result, when the concentration of thiourea was 0.2 ppm in the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR), 1500 in the effluent was measured. It was determined that ammonia was contained in the ppm, from which the ammonia treatment efficiency was about 10%. In addition, when the concentration of thiourea was increased to 0.6 ppm, it was determined that the ammonia in the effluent was not different from the concentration of the ammonia in the influent. From this, it can be seen that the treatment efficiency of the ammonia decreased to 0%.

반면, 본 발명에 따른 폐수처리장치에서는 티오우레아의 농도가 0.2 ppm일 때, 유출수 내 1000 ppm 정도의 암모니아가 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 암모니아의 처리효율이 약 38% 정도로 나타났다. 또한 티오우레아의 농도를 0.6 ppm으로 증가시킨 경우, 유출수 내 1600 ppm 정도의 암모니아가 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 암모니아의 처리효율이 약 5% 정도로 나타났다. On the other hand, in the wastewater treatment apparatus according to the present invention, when the concentration of thiourea was 0.2 ppm, it was determined that about 1000 ppm of ammonia was contained in the effluent, and the treatment efficiency of ammonia was about 38%. In addition, when the concentration of thiourea was increased to 0.6 ppm, it was estimated that about 1600 ppm of ammonia was contained in the effluent, and the ammonia treatment efficiency was about 5%.

즉, 본 발명에 따른 폐수처리장치는 티오우레가가 저농도(0.2 ppm)로 존재하는 경우, 종래의 폐수처리장치와 대비하여 약 30% 정도 우수한 것으로 나타났고, 티오우레아의 농도가 약 3배 정도 증가한 경우, 종래의 폐수처리장치는 암모니아를 전혀 처리할 수 없었으나, 본 발명에 따른 폐수처리장치는 여전히 암모니아를 처리할 수 있었다.That is, in the wastewater treatment apparatus according to the present invention, when thiourea is present at a low concentration (0.2 ppm), the wastewater treatment apparatus was found to be about 30% superior to the conventional wastewater treatment apparatus, and the concentration of thiourea is about three times. Increasingly, the conventional wastewater treatment apparatus could not treat ammonia at all, but the wastewater treatment apparatus according to the present invention was still able to treat ammonia.

상기와 같은 결과는 유입수의 유입 경로를 분기시킨 본 발명에 따른 폐수처리장치가 티오우레아와 같은 미생물에 대한 저해물질의 영향을 감소시켜 종래의 폐수처리장치(IEBR)보다 현저히 우수한 암모니아의 처리효율을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
The above results indicate that the wastewater treatment apparatus according to the present invention, which branched the inflow path of the influent, reduces the influence of inhibitors on microorganisms such as thiourea, thereby significantly improving the treatment efficiency of ammonia than the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR). It can be seen that it can be achieved.

<< 실험예Experimental Example 2> 본 발명 및 종래의 폐수처리장치( 2> the present invention and the conventional wastewater treatment apparatus ( IEBRIEBR )의 유기물의 처리효율 평가Evaluation of Treatment Efficiency of Organics

본 발명에 따른 폐수처리장치로 미생물의 저해인자가 포함된 폐수를 처리하였을 경우, 종래의 폐수처리장치에 비하여 폐수에 포함되어 있는 유기물의 처리효율이 향상된 정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. In the case of treating wastewater containing inhibitors of microorganisms with the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the following experiment was carried out to determine the degree to which the treatment efficiency of organic matter contained in the wastewater is improved compared to the conventional wastewater treatment apparatus. It was.

구체적인 실험방법은 상기 실시예 1과 동일하게 본 발명에 따른 폐수처리장치 및 종래의 폐수처리장치(IEBR)의 반응기를 구성하고 운전하여 상기 실험예 2와 동일하게 티오우레아의 농도에 따라 유기물의 처리효율에 대한 비교 실험결과를 도 3에 나타내었다. Specific experimental method is configured and operated the reactor of the wastewater treatment apparatus and the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR) according to the present invention as in Example 1 to treat the organic matter according to the concentration of thiourea as in Experimental Example 2 The results of comparative experiments on the efficiency are shown in FIG. 3.

도 3에 나타낸 비교실험 결과와 같이, 유입수의 유기물의 농도를 10,132 mg COD/L로 일정하게 유지하여 유입시키며 측정한 결과, 종래의 폐수처리장치(IEBR)에서는 티오우레아의 농도가 0.2 ppm일 때, 유출수 내에 6,000 mg COD/L 정도의 유기물이 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 유기물의 처리효율은 약 40% 정도로 나타났다. 또한, 티오우레아의 농도를 0.6 ppm으로 증가시킨 경우, 유출수 내에 9,000 mg COD/L 이상의 유기물이 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 유기물의 처리효율이 약 10% 정도까지 매우 급격하게 감소하였다는 것을 알 수 있다.As a result of the comparative experiment shown in FIG. 3, the concentration of organic matter in the influent was kept at a constant 10,132 mg COD / L and measured. When the concentration of thiourea is 0.2 ppm in the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR), In the effluent, 6,000 mg COD / L of organic matter was measured. From this, the treatment efficiency of organic matter was about 40%. In addition, when the concentration of thiourea was increased to 0.6 ppm, it was determined that the effluent contained more than 9,000 mg COD / L of organic matter, and from this, the treatment efficiency of organic matter decreased rapidly to about 10%. Able to know.

반면, 본 발명에 따른 폐수처리장치에서는 티오우레아의 농도가 0.2 ppm일 때, 유출수 내에 2,000 mg COD/L 정도의 유기물이 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 유기물 처리효율은 80% 정도로 나타났다. 또한, 티오우레아의 농도를 0.6 ppm으로 증가시킨 경우, 유출수 내에 3,000 mg COD/L 정도의 유기물이 함유되어 있는 것으로 측정되었고, 이로부터 유기물의 처리효율은 70% 정도로 나타났다. 즉, 티오우레아의 농도가 약 3배 정도 증가하였음에도 불구하고, 유기물 처리효율은 약 10% 정도 감소한 것에 불과함을 알 수 있다. On the other hand, in the wastewater treatment apparatus according to the present invention, when the concentration of thiourea was 0.2 ppm, it was determined that 2,000 mg COD / L of organic matter was contained in the effluent, and the organic matter treatment efficiency was about 80%. In addition, when the concentration of thiourea was increased to 0.6 ppm, the effluent contained about 3,000 mg COD / L of organic matter, and the organic matter treatment efficiency was about 70%. That is, even though the concentration of thiourea is increased by about three times, it can be seen that the organic treatment efficiency is only reduced by about 10%.

상기와 같은 결과는 유입수의 유입 경로를 분기시킨 본 발명에 따른 폐수처리장치가 티오우레아와 같은 미생물에 대한 저해물질의 영향을 감소시켜 종래의 폐수처리장치(IEBR)보다 현저히 우수한 유기물의 처리효율을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
The above results indicate that the wastewater treatment apparatus according to the present invention, which branched the inflow path of the influent, reduces the influence of inhibitors on microorganisms such as thiourea, thereby significantly reducing the treatment efficiency of organic matter than the conventional wastewater treatment apparatus (IEBR). It can be seen that it can be achieved.

따라서, 본 발명에 따른 폐수처리방법은 폐수의 유입 경로를 분기시켜 분리 유입시킴으로써, 폐수에 포함되어 있는 고농도의 항생제, 소독제 등의 미생물 저해 인자로부터 생물학적 폐수처리과정에 필수적인 미생물에 미치는 영향을 감소시켜 미생물의 생존율을 증가시키고, 미생물의 사멸에 의한 폐수처리과정의 불균형을 사전에 방지함으로써, 폐수에 포함되어 있는 유기성 질소 및 유기물의 제거를 안정적으로 처리할 수 있으므로 수질개선용 폐수처리장치 및 방법에 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the wastewater treatment method according to the present invention by dividing the inflow path of the wastewater separated and introduced, reducing the effect on the microorganisms essential for the biological wastewater treatment process from the microbial inhibitors such as high concentration antibiotics, disinfectants contained in the wastewater By increasing the survival rate of microorganisms and preventing the imbalance of the wastewater treatment process by the killing of microorganisms in advance, it is possible to stably remove the organic nitrogen and organic matter contained in the wastewater. It can be useful.

도 1의 각 부호는 다음과 같다.
1: 혐기조 2: 호기조
3: 탈질조 4: 양이온교환막
5: 음이온교환막 6: 환원전극
7: 산화전극 8: 전위장치
9: 혐기조 유출수 이송관 10: 유입구
11: 폐수 이송관 12: 수위조절관
13: 배출구 14: 산기관
15: 가스배출구 16: 마그네틱바
17: 혐기조와 호기조 연통부 18: 호기조와 탈질조 연통부
19: 폭기
또한, 도 4의 각 부호는 다음과 같다.
1: 유입수조 2: 호기조
3: 무산소조 4: 연통부
5: 연통부 6: 양이온 교환막
7: 음이온 교환막 8: 산기관
9: 폭기 10: 유입수 이송관
11: 유입수 공급관 12: 프로펠러
Each code | symbol of FIG. 1 is as follows.
1: anaerobic tank 2: aerobic tank
3: denitrification tank 4: cation exchange membrane
5: anion exchange membrane 6: cathode
7: anode 8: potential device
9: anaerobic tank outflow pipe 10: inlet
11: wastewater delivery pipe 12: water level control pipe
13: outlet 14: diffuser
15: gas outlet 16: magnetic bar
17: Anaerobic & Existing Tank Communication Unit 18: Anaerobic & Denitrification Communication Unit
19: Aeration
In addition, each code | symbol of FIG. 4 is as follows.
1: inlet tank 2: aerobic tank
3: anaerobic tank 4: communication
5: communicating part 6: cation exchange membrane
7: anion exchange membrane 8: diffuser
9: aeration 10: influent feed pipe
11: influent feed line 12: propeller

Claims (11)

혐기조와;
상기 혐기조와 연통되는 호기조와;
상기 호기조와 연통되는 탈질조와;
상기 혐기조와 호기조를 연통시키는 양이온교환막과;
상기 호기조와 탈질조를 연통시키는 음이온교환막과;
상기 혐기조에 구비되는 환원전극과 호기조에 구비되는 산화전극으로 구성되는 전위장치와; 및
상기 혐기조와 탈질조를 연통시키는 혐기조 유출수 이송관을 포함하여 구성되는 생물전기화학적 폐수처리장치에 있어서,
상기 혐기조는 하부에 구비된 유입구로부터 분기되어 상기 호기조에 연통되는 폐수 이송관을 구비하고, 상기 호기조는 상기 탈질조에 연통되는 수위조절관을 구비하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
Anaerobic tank;
An aerobic tank communicating with the anaerobic tank;
A denitrification tank communicating with the expiratory tank;
A cation exchange membrane for communicating the anaerobic tank and the aerobic tank;
An anion exchange membrane for communicating the aerobic tank and the denitrification tank;
A potential device comprising a reduction electrode provided in the anaerobic tank and an anode provided in the aerobic tank; And
In the bioelectrochemical wastewater treatment apparatus comprising an anaerobic tank effluent transport pipe communicating the anaerobic tank and the denitrification tank,
The anaerobic tank has a wastewater conveying pipe branched from an inlet provided in the lower portion and communicated with the aerobic tank, wherein the aerobic tank has a water level control tube communicating with the denitrification tank.
제1항에 있어서,
상기 혐기조 하부의 유입구 및 이로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 고농도의 폐수가 혐기조 및 호기조에 분리 유입되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
Bio-electrochemical wastewater treatment apparatus characterized in that the high concentration of wastewater is separated into the anaerobic tank and the aerobic tank through the inlet port of the anaerobic tank and the wastewater transfer pipe branched therefrom.
제1항에 있어서,
상기 혐기조 상부에는 잔류 유기물 및 유기성 질소를 포함하는 유입수를 탈질조 하부로 이송시키는 혐기조 유출수 이송관이 구비되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The anaerobic tank upper portion of the anaerobic tank is characterized in that an anaerobic tank effluent transport pipe for transporting the influent containing organic matter and organic nitrogen to the lower denitrification tank is provided.
제1항에 있어서,
상기 혐기조에서는 혐기조에 구비된 환원전극 미생물을 이용하여 유입되는 폐수 내 유기물이 분해되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
In the anaerobic tank bioelectrochemical wastewater treatment apparatus characterized in that the organic matter in the wastewater introduced by using the reduction electrode microorganism provided in the anaerobic tank is decomposed.
제1항에 있어서,
상기 양이온교환막은 혐기조 내 암모니아를 선택적으로 호기조로 이동시키는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The cation exchange membrane is a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus, characterized in that for selectively moving the ammonia in the anaerobic tank to the aerobic tank.
제1항에 있어서,
상기 호기조에서는 미생물을 이용하여 유입되는 폐수 내 유기물이 분해되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
In the aerobic tank, bioelectrochemical wastewater treatment apparatus, characterized in that organic matter in wastewater introduced by using microorganisms is decomposed.
제1항에 있어서,
상기 호기조는 혐기조로부터 양이온교환막을 통과하여 유입된 암모니아, 호기조로 유입된 폐수 내 기존재하던 암모니아 및 호기조 내 유기물의 분해과정에서 생성된 암모니아가 호기조 내의 미생물 및 산화전극에 형성된 미생물층에서 질산염으로 전환되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The aerobic tank converts the ammonia generated through the cation exchange membrane from the anaerobic tank, the ammonia existing in the wastewater introduced into the aerobic tank, and the ammonia produced during the decomposition of organic matter in the aerobic tank to the nitrate in the microbial layer formed on the aerobic tank and the anode. Bioelectrochemical wastewater treatment apparatus, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 혐기조에는 환원전극이 구비되고 상기 호기조에는 산화전극이 구비되며, 전압의 부가시 발생하는 전기장에 의해 혐기조 내의 암모니아가 양이온교환막을 통해 호기조로 이동하는 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The anaerobic tank is provided with a reduction electrode and the aerobic tank is provided with an anode, and the bioelectrochemical wastewater, characterized in that to improve the speed of ammonia in the anaerobic tank to move to the aerobic tank through the cation exchange membrane by the electric field generated when the voltage is added. Processing unit.
제1항에 있어서,
상기 음이온교환막은 호기조에서 생성된 질산염을 선택적으로 탈질조로 이동시키는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The anion exchange membrane is a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus, characterized in that for selectively moving the nitrate produced in the aerobic tank to the denitrification tank.
제1항에 있어서,
상기 수위조절관은 호기조의 수위가 높아지는 경우 호기조 내 물을 탈질조로 이송시켜 수위를 조절하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학적 폐수처리장치.
The method of claim 1,
The water level control pipe is a bioelectrochemical wastewater treatment apparatus characterized in that when the level of the aerobic tank is increased to transfer the water in the aerobic tank to the denitrification tank to adjust the water level.
유기성 질소 및 유기물을 포함하는 고농도의 폐수를 혐기조 유입구 및 상기 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 혐기조와 호기조에 분리 유입시키는 단계(단계 1);
상기 혐기조에 구비되는 환원전극 상에 형성된 미생물층에서, 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 유입된 폐수에 포함된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 양이온교환막을 통해 호기조로 이동시키는 단계(단계 2);
상기 호기조에 부유하는 질산화 미생물 또는 호기조에 구비되는 산화전극 상에 형성된 미생물층에서, 혐기조 유입구로부터 분기된 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 포함된 유기물을 분해하고, 양이온 교환막을 통해 이송된 암모니아 또는 상기 유기물 분해에 의해 발생되는 암모니아를 질산염으로 전환시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 전환된 질산염을 농도구배에 의해서 음이온교환막을 통해 탈질조로 이동시키고, 상기 질산염을 유기물과 반응시켜 탈질반응을 수행하는 단계(단계 4)를 포함하되, 추가적으로 상기 단계 3에서, 상기 폐수 이송관을 통해 유입된 폐수에 의해 호기조의 수위가 높아지는 경우 수위조절관을 통해 호기조 내 물을 탈질조로 이송시키는 단계(단계 5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도의 폐수를 처리하는 방법.
Separating the high concentration of wastewater containing organic nitrogen and organic matter into the anaerobic tank and the aerobic tank through an anaerobic tank inlet and a wastewater transfer pipe branched from the anaerobic tank inlet (step 1);
In the microbial layer formed on the reduction electrode provided in the anaerobic tank, to decompose the organic matter contained in the introduced wastewater, and to transfer ammonia contained in the introduced wastewater or ammonia generated by the decomposition of the organic matter to the aerobic tank through a cation exchange membrane Step (step 2);
In the microbial layer formed on the nitrification microorganism suspended in the aerobic tank or the anode electrode provided in the aerobic tank, decomposes the organic matter contained in the wastewater introduced through the wastewater conveying pipe branched from the anaerobic inlet, ammonia transferred through the cation exchange membrane or Converting the ammonia generated by decomposition of the organic material into nitrate (step 3); And
In the step 3, the nitrate converted in step 3 is transferred to a denitrification tank through an anion exchange membrane by a concentration gradient, and the denitrification reaction is performed by reacting the nitrate with an organic material (step 4). When the level of the aerobic tank is increased by the wastewater introduced through the transfer pipe, the method further comprises the step (step 5) of transferring the water in the aerobic tank through the water level control pipe to the denitrification tank.
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