KR101622936B1 - Apparatus and method for cultivating micro-algae applied ozone oxidation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축산폐수의 혐기성소화액을 MBR조를 통해 생물학적으로 처리하여 유기물과 고형성분을 제거하고, 잔여 질소와 인이 포함된 MBR조 유출수를 미세조류의 배양액으로 이용함으로써 축산폐수의 질소와 인을 효과적으로 제거함과 함께, MBR조 유출수에 대해 오존산화반응을 적용하여 색도를 제거함으로써 미세조류 배양효율을 향상시킬 수 있는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치는 축산폐수를 혐기성소화시키는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하여 슬러지와 유출수로 분리하는 MBR조와, 상기 MBR조의 유출수와 오존(O3)을 접촉시켜 MBR조 유출수에 포함되어 있는 유기물을 오존 또는 OH 래디컬(OH·)과 반응, 산화시켜 MBR조 유출수의 색도를 제거하는 오존접촉조와, 상기 오존접촉조의 유출수 내에 포함되어 있는 질소 및 인을 자양분으로 이용하여 미세조류를 배양하는 미세조류 배양조 및 상기 미세조류 배양조의 원수를 미세조류와 처리수로 분리하는 미세조류 분리막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for anaerobic digestion of livestock wastewater by biologically treating an anaerobic digestion liquid through an MBR tank to remove organic matter and solid matter and using an MBR lake effluent containing residual nitrogen and phosphorus as a culture medium for microalgae, The present invention relates to a microalgae culture apparatus and a method for ozone oxidation using ozone oxidation reaction capable of improving microbial culture efficiency by removing chromaticity by applying ozone oxidation reaction to MBR effluent, The micro-algae cultivation apparatus to which the reaction is applied comprises an anaerobic digestion tank for anaerobic digestion of livestock wastewater, an MBR tank for biologically treating the anaerobic digestion liquid of the anaerobic digestion tank into sludge and effluent, and an ozone (O 3 ) And reacts and oxidizes the organic substances contained in the MBR effluent with ozone or OH radical (OH ·) to form MB An ozone contact tank for removing chromaticity of the R tank effluent; a microalgae culture tank for culturing the microalgae using nitrogen and phosphorus contained in the effluent of the ozone contact tank as nourishment; and a microalgae culture tank for treating the microalgae culture tank with microalgae And a micro-algae separating membrane for separating the water from the micro-algae separating membrane.

Description

오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법{Apparatus and method for cultivating micro-algae applied ozone oxidation}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a micro-algae culturing apparatus and method for ozone oxidation,

본 발명은 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축산폐수의 혐기성소화액을 MBR조를 통해 생물학적으로 처리하여 유기물과 고형성분을 제거하고, 잔여 질소와 인이 포함된 MBR조 유출수를 미세조류의 배양액으로 이용함으로써 축산폐수의 질소와 인을 효과적으로 제거함과 함께, MBR조 유출수에 대해 오존산화반응을 적용하여 색도를 제거함으로써 미세조류 배양효율을 향상시킬 수 있는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to an apparatus and a method for culturing a microalgae to which an ozone oxidation reaction is applied. More specifically, the present invention relates to an anaerobic digestion solution of livestock wastewater which is biologically treated through MBR to remove organic matter and solid components, The MBR effluent is used as a culture medium for microalgae to effectively remove nitrogen and phosphorus from the livestock wastewater and to remove the chromaticity by applying an ozone oxidation reaction to the MBR effluent, thereby improving ozone oxidation The present invention relates to a microalgae culture apparatus and method using the reaction.

최근 이산화탄소 배출에 따른 지구온난화현상을 완화하기 위해 이산화탄소 감축 문제와 관련하여 미세조류에 대한 관심이 증폭되고 있다. 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소를 생물학적으로 고정하여 에너지원으로 사용하며, 미세조류의 성장결과로 얻어진 바이오매스는 동물의 사료, 바이오에너지의 원료 등으로 활용가치가 높다. 또한, 미세조류의 배양에 필요한 질소 및 인을 인위적으로 공급하지 않고 가축분뇨에 포함되어 있는 질소와 인을 이용하면 부영양화를 완화시킬 수 있다. Recently, interest in microalgae has been amplified in relation to the problem of CO2 reduction in order to mitigate the global warming phenomenon caused by carbon dioxide emission. The microalgae are used as energy sources by biochemically fixing carbon dioxide through photosynthesis. Biomass obtained as a result of microalgae growth is highly valuable for animal feeds, raw materials for bioenergy, and the like. In addition, eutrophication can be alleviated by using nitrogen and phosphorus contained in livestock manure without artificially supplying nitrogen and phosphorus necessary for culturing microalgae.

이에, 축산폐수를 이용한 미세조류 배양액 개발(한국공개특허 제2003-76133호, 제2003-95154호)과 같이 하폐수를 배지로 이용하여 미세조류를 배양하고자 하는 시도들이 있다. 그러나, 이 경우 조류배양을 목적으로 하기 때문에 하폐수의 처리가 안정적으로 이루어지기는 어려운 단점이 있다. Accordingly, there have been attempts to cultivate microalgae using wastewater as a medium as in the development of a microalgae culture solution using livestock wastewater (Korea Patent Publication No. 2003-76133, No. 2003-95154). However, in this case, because the purpose is to cultivate an algae, there is a disadvantage that it is difficult for the wastewater to be treated stably.

또한, 미세조류를 이용하여 하폐수를 처리하기 위한 기술들로서 유동성 접촉재 모듈과 조류 모듈을 이용한 수질정화 장치 및 이를 이용한 수질정화 방법(한국 공개특허 제2006-100869호), 부착조류 시스템을 이용한 농촌유역 수질 개선방법(한국공개특허 제2005-0024728호)이 제시되었다. 그리고, 미세조류를 이용하여 하폐수를 처리하는 반응조의 형상(한국공개특허 제2012-73432호), 미세조류의 배양과 수확장치(한국공개특허 제2011-118908호)가 제시된 바 있다. In addition, technologies for treating wastewater using microalgae include a water purification device using a fluid contact material module and a bird module and a water purification method using the same (Korean Patent Laid-Open No. 2006-100869), a rural watershed A method for improving water quality (Korea Patent Publication No. 2005-0024728) was proposed. The shape of the reaction tank for treating wastewater using microalgae (Korea Patent Publication No. 2012-73432) and the microalgae culture and harvesting apparatus (Korean Patent Laid-Open No. 2011-118908) have been proposed.

그러나, 상기의 기술들은 가축분뇨 혐기소화액에 포함되어 있는 고농도의 질소와 인을 직접적으로 처리하기에는 한계가 있으며, 인위적으로 조류의 성장을 조절할 수 없어 질소 및 인의 처리효율이 낮고, 처리효율을 조절하기 매우 어렵다는 단점이 있다. 또한, 부착조류를 이용하거나 일정한 계 내에 존재하는 조류를 이용하기 때문에 미세조류의 안정적인 생산과 회수가 어려운 단점이 있다. However, the above technologies have limitations in directly treating high concentrations of nitrogen and phosphorus contained in animal manure anaerobic digestive juices, and can not artificially control the growth of algae. Thus, the treatment efficiency of nitrogen and phosphorus is low, It has a drawback that it is very difficult. In addition, there is a disadvantage in that it is difficult to stably produce and recover fine algae because algae are used or algae present in a certain system are used.

이와 함께, 축산폐수에 존재하는 고농도의 색도는 광합성을 방해하여 미세조류의 배양 효율을 저하시키는 주요 요인으로 작용한다.
At the same time, the high concentration of chromaticity present in the livestock wastewater interferes with photosynthesis, thereby contributing to the deterioration of microbial culture efficiency.

한국공개특허 제2003-76133호Korean Patent Publication No. 2003-76133 한국공개특허 제2003-95154호Korean Patent Publication No. 2003-95154 한국공개특허 제2006-100869호Korean Patent Publication No. 2006-100869 한국공개특허 제2005-0024728호Korean Patent Publication No. 2005-0024728 한국공개특허 제2012-73432호Korea Patent Publication No. 2012-73432 한국공개특허 제2011-118908호Korea Patent Publication No. 2011-118908

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 축산폐수의 혐기성소화액을 MBR조를 통해 생물학적으로 처리하여 유기물과 고형성분을 제거하고, 잔여 질소와 인이 포함된 MBR조 유출수를 미세조류의 배양액으로 이용함으로써 축산폐수의 질소와 인을 효과적으로 제거함과 함께, MBR조 유출수에 대해 오존산화반응을 적용하여 색도를 제거함으로써 미세조류 배양효율을 향상시킬 수 있는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for anaerobic digestion of livestock wastewater by biologically treating an anaerobic digestion liquid through an MBR tank, The microbial culture apparatus using the ozone oxidation reaction capable of improving the microbial culture efficiency by removing the chromaticity by applying the ozone oxidation reaction to the MBR effluent effectively removes nitrogen and phosphorus from the livestock wastewater, And a method thereof.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치는 축산폐수를 혐기성소화시키는 혐기소화조와, 상기 혐기소화조의 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하여 슬러지와 유출수로 분리하는 MBR조와, 상기 MBR조의 유출수와 오존(O3)을 접촉시켜 MBR조 유출수에 포함되어 있는 유기물을 오존 또는 OH 래디컬(OH·)과 반응, 산화시켜 MBR조 유출수의 색도를 제거하는 오존접촉조와, 상기 오존접촉조의 유출수 내에 포함되어 있는 질소 및 인을 자양분으로 이용하여 미세조류를 배양하는 미세조류 배양조 및 상기 미세조류 배양조의 원수를 미세조류와 처리수로 분리하는 미세조류 분리막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, there is provided an apparatus for culturing microalgae to which an ozone oxidation reaction is applied, comprising an anaerobic digestion tank for anaerobic digestion of livestock wastewater, an MBR tank for biologically treating the anaerobic digestion tank of the anaerobic digestion tank into sludge and effluent An ozone contact tank for bringing the effluent of the MBR tank into contact with ozone (O 3 ) to react and oxidize the organic substances contained in the MBR tank effluent with ozone or OH radicals (OH ·) to remove the chromaticity of the MBR tank effluent, A microalgae culture tank for culturing the microalgae using nitrogen and phosphorus contained in the effluent of the contact tank as nutrients, and a microalgae separation membrane for separating the raw water of the microalgae culture tank by the microalgae and the treated water do.

상기 오존접촉조에 공급되는 오존주입량은 MBR조 유출수에 포함되어 있는 용존유기탄소량(DOC) 대비 1∼2.5배이다. The amount of ozone supplied to the ozone contact tank is 1 to 2.5 times the amount of dissolved organic carbon (DOC) contained in the MBR tank effluent.

상기 MBR조는 부분질산화를 통하여 아질산성 질소(NO2-N)를 생성시키거나 또는 완전질산화를 통하여 질산성 질소(NO3-N)를 생성하는 조건으로 운전되며, 상기 혐기소화조의 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소(NO2-N) 또는 질산성 질소(NO3-N)로 전환시키며, 상기 아질산성 질소(NO2-N) 생성 조건은, 상기 MBR조가 용존산소 0.3∼3mg/L의 조건으로 운전된다. 또한, 상기 아질산성 질소(NO2-N) 생성 조건은, 상기 MBR조가 pH 6.5∼8의 조건으로 운전될 수 있으며, 상기 MBR조가 25∼35℃의 온도 조건으로 운전될 수 있다. The MBR reactor is operated under conditions that produce nitrite nitrogen (NO 2 -N) through partial nitrification or nitrate nitrogen (NO 3 -N) through complete nitrification, and the anaerobic digester of the anaerobic digester is biologically by treatment with ammonium nitrogen to nitrite nitrogen (NO 2 -N) or nitrate sikimyeo converted to (NO 3 -N), the nitrite nitrogen (NO 2 -N) generating conditions, the MBR Joe dissolved oxygen 0.3 To 3 mg / L. In addition, the nitrite nitrogen (NO 2 -N) may be produced under the conditions that the MBR bath is operated at a pH of 6.5 to 8, and the MBR bath is operated at a temperature of 25 to 35 ° C.

상기 미세조류 배양조의 일측에 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)를 공급함과 함께 미세조류 분리막의 막오염을 방지하는 역할을 수행하는 산기장치가 더 구비되며, 상기 미세조류 배양조의 상부에 미세조류 배양에 필요한 광에너지를 공급하기 위한 광원이 배치될 수 있다. 또한, 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)는 상기 혐기소화조에서 생산되는 바이오가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용하거나, 바이오가스를 이용하는 발전기의 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용할 수 있다. The microalgae culture tank further includes an acidifier device for supplying carbon dioxide (CO 2 ) necessary for culturing the microalgae to one side of the microalgae culture tank and preventing membrane contamination of the microalgae separation membrane. A light source for supplying light energy necessary for culturing can be disposed. In addition, microalgae carbon dioxide necessary for the cultivation (CO 2) is carbon dioxide (CO 2) contained in the exhaust gas of the generator used, or using a biogas carbon dioxide (CO 2) contained in the biogas produced in the anaerobic digestion tank Can be used.

상기 미세조류 배양조는 평판형의 완전혼합식, 원기둥형의 완전혼합식, 파이프라인형의 플러그 플로우식, 산화구형의 플러그 플로우식 중 어느 하나의 형태이다. The microalgae cultivation tank may be any one of a plate-type complete mixing type, a cylindrical full mixing type, a pipeline type plug flow type, and an oxidized spherical type plug flow type.

본 발명에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양방법은 축산폐수를 혐기성소화시켜 혐기성소화액을 발생시키는 단계와, 혐기성소화액을 MBR조를 이용하여 생물학적으로 처리하여 슬러지와 유출수로 분리하는 단계와, 오존접촉조 내에서 MBR조의 유출수와 오존(O3)을 접촉시켜 MBR조 유출수에 포함되어 있는 유기물을 오존 또는 OH 래디컬(OH·)과 반응, 산화시켜 MBR조 유출수의 색도를 제거하는 단계와, 오존접촉 과정을 거친 MBR조의 유출수를 자양분으로 이용하여 미세조류 배양조에서 미세조류를 배양하는 단계와, 상기 미세조류 배양조의 원수를 미세조류 분리막을 통해 미세조류와 처리수로 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A method for culturing microalgae to which an ozone oxidation reaction is applied comprises the steps of anaerobic digestion of livestock wastewater to generate an anaerobic digestive juice, biologically treating the anaerobic digestive juice with MBR to separate sludge and effluent, Contacting the effluent of the MBR tank with ozone (O 3 ) in the contact tank to react and oxidize the organic substances contained in the MBR effluent with ozone or OH radicals (OH) to remove the chromaticity of the MBR effluent, Culturing the microalgae in a microalgae culture tank using an effluent of a contacted MBR tank as a nutrient; and separating the raw water of the microalgae culture tank into microalgae and treated water through the microalgae separation membrane .

상기 오존접촉조에 공급되는 오존주입량은 MBR조 유출수에 포함되어 있는 용존유기탄소량(DOC) 대비 1∼2.5배이다. 또한, 상기 MBR조는 아질산성 질소(NO2-N) 또는 질산성 질소(NO3-N) 생성 조건으로 운전되며, 상기 아질산성 질소(NO2-N) 생성 조건은, 상기 MBR조가 용존산소 0.3∼3mg/L의 조건으로 운전되고, 상기 MBR조가 pH 6.5∼8의 조건으로 운전되며, 상기 MBR조가 25∼35℃의 온도 조건으로 운전된다.
The amount of ozone supplied to the ozone contact tank is 1 to 2.5 times the amount of dissolved organic carbon (DOC) contained in the MBR tank effluent. The MBR reactor is operated under the conditions of producing nitrite nitrogen (NO 2 -N) or nitrate nitrogen (NO 3 -N), and the nitrite nitrogen (NO 2 -N) To 3 mg / L, the MBR bath is operated at a pH of 6.5 to 8, and the MBR bath is operated at a temperature of 25 to 35 ° C.

본 발명에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The apparatus and method for culturing microalgae to which the ozone oxidation reaction according to the present invention is applied have the following effects.

축산폐수를 혐기성소화하여 미세조류 배양원으로 이용함에 있어서, MBR조의 유출수에 대해 오존산화반응을 적용함으로써 색도를 제거하여 미세조류 배양 환경을 최적화할 수 있다. 또한, 축산폐수의 혐기성소화액에 함유된 암모니아성 질소를 부분 질산화하여 아질산성 질소를 생성하거나 완전질산화하여 질산성 질소를 생성하고 이를 미세조류 배양원으로 이용함에 따라, 유리 암모니아에 의한 미세조류의 성장저해를 방지하여 미세조류의 배양을 효율화할 수 있다. 특히, 부분질산화하여 아질산성 질소를 생성하는 경우는 완전 질산화에 요구되는 시간과 에너지를 절감할 수 있다.
In anaerobic digestion of livestock wastewater, it is possible to optimize microalgae cultivation environment by removing chromaticity by applying ozone oxidation reaction to the effluent of MBR tank. In addition, partial nitrification of ammonia nitrogen contained in the anaerobic digestion liquid of livestock wastewater produces nitrite nitrogen, or nitrite nitrogen is produced by nitrification and is used as a source of microalgae. Therefore, the growth of microalgae It is possible to prevent the inhibition and improve the efficiency of microalgae culture. Particularly, when nitrite nitrogen is produced by partial nitrification, time and energy required for complete nitrification can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치의 구성도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 배양조의 구성도.
도 6은 오존주입량에 따른 MBR조 유출수의 색도 및 광투과도 그리고 미세조류 생산량을 나타낸 그래프.
도 7은 미세조류 배양시 오존주입량에 따른 총질소 및 총인의 제거량을 나타낸 그래프.
FIG. 1 is a schematic view of a microalgae culture apparatus to which an ozone oxidation reaction is applied according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIGS. 2 to 5 are schematic views of a microalgae culture tank according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a graph showing chromaticity, light transmittance and microalgae production of MBR effluent according to the amount of ozone injected.
FIG. 7 is a graph showing the amounts of total nitrogen and total phosphorus removed according to the amount of ozone injected during the microalgae culture. FIG.

본 발명은 축산폐수를 정화함과 함께 축산폐수 내에 포함되어 있는 질소 성분을 미세조류의 배양에 이용하는 기술을 제시한다. 축산폐수는 혐기성소화 과정을 거쳐 혐기성소화액으로 전환되며, 혐기성소화액은 MBR조(membrane bio-reactor)에 의해 생물학적 처리가 이루어지며, MBR조의 유출수가 미세조류 배양에 이용된다. The present invention provides a technique for purifying livestock wastewater and using nitrogen components contained in livestock wastewater for culturing microalgae. The livestock wastewater is converted to anaerobic digestion through anaerobic digestion process, anaerobic digestion is biologically treated by membrane bio-reactor, and MBR effluent is used for microalgae culture.

축산폐수는 통상의 하폐수에 대비하여 고농도의 암모니아성 질소 및 고농도의 유기물을 함유하고 있어, 미세조류의 배양원으로 적용하기 위해서는 특화된 처리가 요구된다. Livestock wastewater contains high concentrations of ammonia nitrogen and high concentrations of organic matter in comparison with conventional wastewater, and a specialized treatment is required for application as a culture source of microalgae.

축산폐수에 대해 혐기성소화 과정을 적용하고 MBR조를 통한 생물학적 처리를 거치더라도 상당량의 유기물이 잔류하며, 이와 같은 잔류 유기물은 MBR조 유출수의 색도를 진하게 만들어 미세조류 배양 환경에 악영향을 끼치게 된다. 이에, 본 발명에서는 MBR조의 유출수에 함유되어 있는 유기물을 오존산화반응시켜 축산폐수의 색도를 낮춤으로써 미세조류 배양 환경을 최적화하는 기술을 제시한다. Even if the anaerobic digestion process is applied to the livestock wastewater and the biological treatment through the MBR tank is performed, a considerable amount of organic matter remains. Such residual organic matter darkens the chromaticity of the MBR effluent and adversely affects the microalgae culture environment. Accordingly, the present invention proposes a technique for optimizing the microalgal culture environment by lowering the chromaticity of the livestock wastewater by ozone oxidation reaction of the organic substances contained in the effluent of the MBR tank.

또한, MBR조에서의 생물학적 처리에 의해, 축산폐수의 암모니아성 질소는 미생물의 산화반응에 의해 아질산성 질소(NO2-N)를 거쳐 최종적으로 질산성 질소(NO3-N)로 전환되는데, 축산폐수는 고농도의 암모니아성 질소를 함유하고 있는 바, 암모니아성 질소를 질산성 질소로 전환함에 있어 많은 시간과 비용이 소요된다. 이는 암모니아성 질소가 부분질산화되면서 발생된 고농도의 아질산성 질소 때문에 완전 질산화가 방해받기 때문이다.In addition, ammonia nitrogen in livestock wastewater is converted to nitrate nitrogen (NO 3 -N) through nitrite nitrogen (NO 2 -N) by the oxidation reaction of microorganisms by biological treatment in MBR tank, Since livestock wastewater contains a high concentration of ammonia nitrogen, it takes a lot of time and money to convert ammonia nitrogen into nitrate nitrogen. This is because ammonia nitrogen is partially nitrified by the high concentration of nitrite nitrogen generated by partial nitrification.

이와 같은 특성에 근거하여, 고농도의 암모니아성 질소를 함유하고 있는 축산폐수의 경우 질산성 질소(NO3-N)로의 완전질산화 뿐만 아니라 아질산성 질소(NO2-N)로의 의도적인 부분질산화 또한 가능하다. 이에, 본 발명에서는 질산화 과정의 최종 결과물인 질산성 질소(NO3-N)를 미세조류 배양원으로 이용하는 기술 이외에 질산화 과정의 중간 결과물인 아질산성 질소(NO2-N)를 미세조류의 배양원으로 적용하는 기술을 제시함과 함께 최적의 아질산성 질소 생성 조건을 제시한다. 본 발명에 있어서, 아질산성 질소를 미세조류의 배양원으로 이용하는 것은 선택적으로 적용될 수 있다. Based on these characteristics, it is also possible to achieve not only complete nitrification with nitrate nitrogen (NO 3 -N) but also intentional partial nitrification with nitrite nitrogen (NO 2 -N) in livestock wastewater containing high concentrations of ammonia nitrogen Do. Thus, in the present invention, the culture of micro-algae medium resulting nitrite nitrogen (NO 2 -N) in the nitrification process in addition to the technique of using a nitrate nitrogen (NO 3 -N) The final result of the nitrification process as a microalgae culture circle circle And suggest optimal nitrite nitrogen production conditions. In the present invention, the use of nitrite nitrogen as a culture source of microalgae can be selectively applied.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an apparatus and method for culturing microalgae to which an ozone oxidation reaction is applied according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치는 혐기소화조(110), MBR조(120), 오존접촉조(130), 미세조류 배양조(150) 및 미세조류 분리막(160)을 포함하여 구성된다. 1, an apparatus for culturing microalgae to which an ozone oxidation reaction is applied according to an embodiment of the present invention includes an anaerobic digestion tank 110, an MBR tank 120, an ozone contact tank 130, a microalgae culture tank 150, And a fine algae separating membrane (160).

상기 혐기소화조(110)는 축산폐수를 혐기성소화시키는 역할을 한다. 혐기성소화에 의해 발생된 혐기성소화액은 상기 MBR조(120)에 의해 생물학적으로 처리되어 슬러지와 유출수로 분리되며, MBR조(120)의 유출수는 상기 미세조류 배양조(150)로 공급된다. 혐기성소화액 내에 포함된 고형성분의 질소와 인은 MBR조(120)에 의해 슬러지의 형태로 분리되나, 혐기성소화액이 고농도의 질소와 인을 포함하고 있어 일부의 용존성 질소와 인은 유출수에 포함되어 배출되며, 일정량의 질소와 인이 포함된 MBR조(120)의 유출수는 미세조류의 자양분으로서의 역할을 하게 된다. The anaerobic digestion tank 110 serves to anaerobically digest the livestock wastewater. Anaerobic digestion generated by the anaerobic digestion is biologically treated by the MBR tank 120 to be separated into sludge and effluent, and the effluent of the MBR tank 120 is supplied to the microalgae culture tank 150. Nitrogen and phosphorus of the solid components contained in the anaerobic digestion liquid are separated into sludge by the MBR tank 120. However, since the anaerobic digestion liquid contains high concentrations of nitrogen and phosphorus, some dissolved nitrogen and phosphorus are included in the effluent And the effluent of the MBR tank 120 containing a certain amount of nitrogen and phosphorus serves as nourishment of microalgae.

상기 MBR조(120)는 상기 혐기소화조(110)로부터 공급받은 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하고 분리막(121)을 이용하여 고형분을 제거하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 MBR조(120)는 생물학적 처리를 통해 미세조류에 독성으로 작용하는 고농도의 암모니아성 질소를 미생물에 섭취되도록 하여 아질산성 질소 또는 질산성 질소로 전환함과 함께, 고농도의 유기물들을 호기성 미생물들의 작용을 통하여 생물학적으로 제거하고 분리막을 통해 총고형물(SS)을 제거한다. 또한, 상기 MBR조(120)는 혐기성소화액 내에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 아질산성 질소(NO2-N)로 부분질산화하고 부분질산화된 아질산성 질소(NO2-N)가 미세조류 배양원으로 이용되는 것도 가능한데, 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다. The MBR tank 120 biologically treats the anaerobic digestion liquid supplied from the anaerobic digestion tank 110 and removes solid matter using the separation membrane 121. Specifically, the MBR tank 120 converts biological nitrogenous substances into nitrite nitrogen or nitrate nitrogen by allowing the microorganisms to ingest a high concentration of ammonia nitrogen that acts as toxic to microalgae through biological treatment, Biologically through the action of microorganisms and removes total solids (SS) through the membrane. In addition, the MBR tank 120 partially nitrifies the high ammonia nitrogen contained in the anaerobic digestion solution with nitrite nitrogen (NO 2 -N), and partially nitrified nitrite nitrogen (NO 2 -N) It is also possible to use them as a circle, which will be described later in detail.

상기 오존접촉조(130)는 상기 MBR조 유출수를 오존(O3)과 접촉시켜 MBR조 유출수 내에 포함되어 있는 유기물을 산화시킴으로써 MBR조 유출수의 색도를 제거하는 역할을 한다. 오존접촉조(130) 내의 오존은 별도의 오존발생기(140)를 통해 공급되며, 오존접촉조(130) 내에 공급된 오존은 MBR조 유출수 내의 유기물과 직접 반응할 수 있으며, 이와 함께 오존(O3)과 물(H2O)의 반응에 의해 생성된 OH 래디컬(OH·)이 유기물과 반응하여 색도를 제거할 수도 있다. 즉, 오존접촉조(130) 내에서의 유기물 산화는 오존(O3) 또는 OH 래디컬(OH·)에 의해 진행된다. The ozone contact tank 130 removes the chromaticity of the MBR effluent water by contacting the MBR effluent water with ozone (O 3 ) to oxidize the organic substances contained in the MBR effluent water. Ozone in the ozone contact tank 130 is supplied through a separate ozone generator 140, the supply of ozone in the ozone contact tank 130 may be directly reacted with the organic matter in the MBR tank effluent, this ozone together (O 3 ) And water (H 2 O) react with the organic material to remove the chromaticity. That is, the organic material oxidation in the ozone contact tank 130 proceeds by ozone (O 3 ) or OH radical (OH ·).

한편, 상기 오존접촉조 내에 공급되는 오존의 양(mg/L)은 MBR조 유출수의 용존유기탄소량(DOC, dissolved organic carbon, mg/L) 대비 1∼2.5배 공급되는 것이 바람직하다. MBR조 유출수와 오존의 접촉에 의해 MBR조 유출수의 색도 및 투명도가 개선되나 최적의 효과를 위해서는 MBR조 유출수의 용존유기탄소량(DOC, dissolved organic carbon, mg/L) 대비 1∼2.5배의 오존이 공급되어야 하며, 이와 같은 수치범위의 한정은 후술하는 실험결과에 의해 뒷받침된다. 또한, OH 래디컬의 생성을 증가시키기 위해 상기 오존접촉조(130)에 자외선을 조사할 수도 있다. Meanwhile, it is preferable that the amount (mg / L) of ozone supplied into the ozone contact tank is 1 to 2.5 times the amount of dissolved organic carbon (DOC) of the MBR effluent. MBR effluent and ozone contact improves the chromaticity and transparency of the MBR effluent but the optimal effect is ozone depletion of 1 to 2.5 times the dissolved organic carbon (mg / L) of the MBR effluent And the limitation of such a numerical range is supported by experimental results to be described later. In addition, ultraviolet rays may be applied to the ozone contact tank 130 to increase the generation of OH radicals.

상기 미세조류 배양조(150)는 상기 MBR조의 유출수를 이용하여 미세조류를 배양하며, 상기 미세조류 분리막(160)은 미세조류 배양조(150)의 유출수를 미세조류와 처리수로 분리하는 역할을 한다. 이 때, 상기 오존접촉조(130)에 의해 MBR조 유출수의 색도가 제거됨에 따라, 광 공급효율이 증대되어 미세조류 배양 환경이 최적화될 수 있다. The microalgae culture tank 150 cultivates microalgae using the effluent of the MBR tank and the microalgae separation membrane 160 separates the effluent of the microalgae culture tank 150 into microalgae and treated water do. At this time, as the chromaticity of the MBR effluent water is removed by the ozone contact tank 130, the light supply efficiency is increased and the microalga culture environment can be optimized.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 MBR조(120)는 혐기성소화액 내에 포함되어 있는 고농도의 암모니아성 질소를 아질산성 질소(NO2-N)로 부분 질산화함에 그 특징이 있으며, 상기 MBR조(120)에 의해 생성된 아질산성 질소(NO2-N)는 미세조류 배양에 이용된다. 아질산성 질소(NO2-N)의 생성을 위해 상기 MBR조(120)는 다음과 같은 조건 하에서 운전된다. As described above, the MBR tank 120 of the present invention is characterized in partially nitrifying the high concentration of ammonia nitrogen contained in the anaerobic digestion solution with nitrite nitrogen (NO 2 -N), and the MBR tank 120 The nitrite nitrogen (NO 2 -N) produced by the microorganisms is used for microalgae culture. For the production of nitrite nitrogen (NO 2 -N), the MBR bath 120 is operated under the following conditions.

먼저, MBR조(120)의 용존산소(DO, dissolved oxygen)는 0.3∼3mg/L의 조건을 유지해야 한다. MBR조(120)의 용존산소가 0.3mg/L 이하이면 산소량이 적어 부분 질산화 반응 즉, 아질산성 질소 생성 반응이 거의 이루어지지 않으며, 용존산소가 3mg/L를 넘어서게 되면 부분 질산화의 효율을 더 이상 증가되지 않는다. 다음으로, MBR조(120)의 pH가 6.5∼8을 유지해야 한다. MBR조(120)의 pH가 6.5∼8이면 자유암모니아가 활성화되어 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 완전 질산화가 방해되며, 이에 의해 아질산성 질소의 농도가 최대화된다. 반면, pH가 6.5 이하이면 자유암모니아의 농도가 낮아 완전 질산화 반응이 이루어지며, pH가 8 이상이면 자유암모니아의 농도가 너무 높아져 자유암모니아가 대기 중으로 증발되어 부분 질산화 반응의 효율이 저하된다. 마지막으로, MBR조(120)의 온도는 25∼35℃의 온도를 유지해야 한다. MBR조(120)의 온도가 15∼25℃인 경우 아질산성 질소보다는 질산성 질소의 생성이 활발히 진행되며, MBR조(120)의 온도가 35℃ 이상이면 MBR조(120) 내의 미생물이 손상될 우려가 있다. First, the dissolved oxygen (DO) of the MBR bath 120 should be maintained at 0.3 to 3 mg / L. If the dissolved oxygen of the MBR tank 120 is less than 0.3 mg / L, the partial nitrification reaction, i.e., the nitrite nitrogen generation reaction, is hardly achieved due to the small amount of oxygen. If the dissolved oxygen exceeds 3 mg / L, Is not increased. Next, the pH of the MBR bath 120 should be maintained at 6.5-8. If the pH of the MBR bath 120 is between 6.5 and 8, free ammonia is activated to prevent complete nitrification of ammonia nitrogen to nitrate nitrogen, thereby maximizing the concentration of nitrite nitrogen. On the other hand, if the pH is less than 6.5, the concentration of free ammonia is low and the complete nitrification reaction occurs. If the pH is more than 8, the concentration of free ammonia becomes too high and the efficiency of partial nitrification reaction is lowered because free ammonia is evaporated into the atmosphere. Finally, the temperature of the MBR bath 120 should be maintained at a temperature of 25 to 35 占 폚. When the temperature of the MBR bath 120 is in the range of 15 to 25 ° C, nitrate nitrogen is more actively produced than nitrite nitrogen. If the temperature of the MBR bath 120 is more than 35 ° C, microorganisms in the MBR bath 120 are damaged There is a concern.

이와 함께, 상기 미세조류 배양조(150)는 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 일 예로 평판형의 완전혼합식(도 2 참조), 원기둥형의 완전혼합식(도 3 참조), 파이프라인형의 플러그 플로우식(도 4 참조), 산화구형의 플러그 플로우식(도 5 참조)으로 실시할 수 있다. 한편, 상기 미세조류 배양조(150)에서 배양되는 미세조류 즉, 질소와 인을 자양분으로 성장되는 미세조류로는 안키스트로데스무스 그라실리스(Ankistrodesmus gracilis SAG278-2: KCTC AG20745), 세네데스무스 아쿠이나투스(Scenedesmus accuminatus: KCTC AG 10316), 세네데스무스 쿠아드리카우다Scenedesmus quadicauda: KCTC AG 10308), 아르쓰로스퍼라 플라텐시스(Arthrospira platensis: KCTC AG20590) 및 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris: KCTC AG10032) 등이 이용될 수 있다. In addition, the microalgae culture tank 150 can be implemented in various forms. For example, the microalgae culture tank 150 may include a flat mixed type (see FIG. 2), a cylindrical full mixed type (see FIG. 3) Flow type (see Fig. 4), or an oxidized spherical plug flow type (see Fig. 5). Meanwhile, the microalgae cultured in the microalgae culture tank 150, that is, the microalgae that are nourished by nitrogen and phosphorus, include Ankistrodesmus gracilis SAG278-2 (KCTC AG20745), Senethes Scenedesmus accuminatus (KCTC AG 10316), Senethesmus Kuah give the cow Scenedesmus quadicauda: include KCTC AG10032) can be used: KCTC AG 10308), it is used in Los peora platen system (Arthrospira platensis: KCTC AG20590) and Chlorella vulgaris (Chlorella vulgaris.

또한, 상기 미세조류 분리막(160)은 미세조류의 투과 방향과 처리수의 여과 방향이 동일한 막힘형 여과 방식 또는 미세조류의 투과 방향과 처리수의 여과 방향이 수직인 크로스플로우(crossflow)형 여과 방식이 사용될 수 있다. 이와 함께, 상기 미세조류 분리막(160)은 막 세공 크기가 0.1㎛ 내지 수㎛인 정밀여과막 및 막 세공 크기가 0.002 내지 0.05㎛ 인 한외여과막 중에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 이들을 복합적으로 적용하는 것도 가능하다. 이와 같은 미세조류 분리막(160)을 적용함에 따라, 수리학적 체류시간(HRT)과 고형물체류시간(SRT)을 독립적으로 분리할 수 있으며, 특히, 미세조류 배양조(150) 내의 미세조류 농도에 대한 제어가 가능하다. 한편, 상기 미세조류 분리막(160)에 의해 분리된 처리수는 일부 반송되어 MBR조(120)로 공급될 수 있으며, 이는 혐기성소화액의 농도를 조절하기 위함이다. The micro-algae separation membrane 160 may be a clogged filtration system or a crossflow type filtration system in which the filtration direction of the micro-algae is perpendicular to the filtration direction of the micro- Can be used. In addition, the microalgae separation membrane 160 may be at least one selected from a microfiltration membrane having a membrane pore size of 0.1 to several micrometers and an ultrafiltration membrane having a membrane pore size of 0.002 to 0.05 micrometer, . The use of such a microalgae separation membrane 160 can independently separate the hydraulic retention time (HRT) and the solids retention time (SRT). Particularly, the concentration of microalgae in the microalgae culture tank (150) Control is possible. Meanwhile, the treated water separated by the microalgae separation membrane 160 may be partially transported and supplied to the MBR tank 120 to control the concentration of the anaerobic digestion liquid.

상기 미세조류 배양조(150)에 있어서, 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)를 공급함과 함께 미세조류 분리막(160)의 막오염을 방지하는 역할을 수행하는 산기장치(151)가 더 구비될 수 있으며, 상기 미세조류 배양조(150)의 상부에는 미세조류 배양에 필요한 광에너지를 공급하기 위한 광원(152)이 배치될 수 있다. 미세조류 배양조(150)가 파이프라인형의 플러그 플로우식(도 4 참조)으로 구성되는 경우, 산기장치(151) 대신 공기교환탑(153)이 구비될 수 있으며, 그 역할은 산기장치(151)의 역할과 동일하다. 또한, 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)는 상기 혐기소화조(110)에서 생산되는 바이오가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용하거나 바이오가스를 이용하는 발전기의 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용할 수 있다. The microalgae culture tank 150 further includes a diffuser 151 for supplying carbon dioxide (CO 2 ) necessary for microalgae culture and preventing membrane contamination of the microalgae separation membrane 160 And a light source 152 for supplying light energy necessary for culturing the microalgae may be disposed above the microalgae culture tank 150. When the microalgae culture tank 150 is constructed of a pipeline-type plug flow type (see FIG. 4), an air exchange tower 153 may be provided in place of the air diffuser 151, ). Further, carbon dioxide (CO 2 ) required for culturing the microalgae can be recovered by using carbon dioxide (CO 2 ) contained in the biogas produced in the anaerobic digestion tank 110 or by using carbon dioxide (CO 2 ) contained in the exhaust gas of the generator using biogas 2 ) can be used.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치 및 방법에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명에 따른 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치의 미세조류 배양특성을 살펴보기로 한다. The apparatus and method for culturing microalgae to which the ozone oxidation reaction is applied according to an embodiment of the present invention have been described. Next, characteristics of the microalgae culturing of the microalgae culture apparatus to which the ozone oxidation reaction according to the present invention is applied will be described.

아래의 표 1은 오존주입량에 따른 MBR조 유출수의 특성을 나타낸 것이다. 오존발생기에서 발생된 오존의 농도는 87mg O3/L이며, 이와 같은 농도의 오존을 5분, 10분, 15분, 20분간 주입하였다. 오존 주입시간(Ozonation duration)의 증가에 의해 오존주입량이 증가되고 그에 따라, MBR조 유출수의 용존유기탄소량(DOC, dissolved organic carbon, mg/L) 대비 오존주입량이 증가된다. 여기서, 용존유기탄소량(DOC)은 MBR조 유출수 내에 용존되어 있는 유기탄소의 총량을 의미한다. Table 1 below shows the characteristics of the MBR effluent according to the amount of ozone injected. The concentration of ozone generated in the ozone generator was 87 mg O 3 / L, and the ozone concentration was injected at 5, 10, 15 and 20 minutes. The amount of ozone injected is increased by the increase of the ozonation duration and the amount of ozone injected is increased compared to the amount of dissolved organic carbon (DOC) of the MBR effluent. Here, the amount of dissolved organic carbon (DOC) means the total amount of organic carbon dissolved in the MBR effluent.

오존주입량에 따른 MBR조 유출수의 특성Characteristics of MBR effluent according to ozone injection amount Item
Item
Ozonation duration (min)
Ozonation duration (min)
00 55 1010 1515 2020 O3dose(mg-O3mg-C-1)O 3 dose (mg-O 3 mg-C -1 ) 00 0.50.5 1.11.1 1.61.6 2.12.1 pHpH 8.7±0.18.7 ± 0.1 8.6±0.18.6 ± 0.1 8.3±0.18.3 ± 0.1 8.1±0.18.1 ± 0.1 7.9±0.17.9 ± 0.1 COD (mg O2L-1)COD (mg O 2 L -1 ) 3,125±213,125 ± 21 2,630±142,630 ± 14 1,860±571,860 ± 57 1,655±71,655 ± 7 1,595±211,595 ± 21 TOC (mg L-1)TOC (mg L -1 ) 707±4707 ± 4 723±1723 ± 1 716±1716 ± 1 684±15684 ± 15 683±4683 ± 4 UV254 (cm-1)UV 254 (cm -1 ) 34.3±0.134.3 ± 0.1 29.0±0.129.0 ± 0.1 16.0±0.116.0 + - 0.1 13.4±0.113.4 ± 0.1 11.1±0.111.1 ± 0.1 Color (mg Pt-Co L-1)Color (mg Pt-Co L -1 ) 14,600±2814,600 ± 28 8,400±148,400 ± 14 2,000±282,000 ± 28 1,240±31,240 ± 3 820±3820 ± 3 TN (mg L-1)TN (mg L -1 ) 1,873±91,873 ± 9 1,876±141,876 ± 14 16.0±0.116.0 + - 0.1 1,831±111,831 ± 11 1,842±61,842 ± 6 NH4-N(mgL-1)NH 4 -N (mgL -1 ) 805±3805 ± 3 835±1835 ± 1 805±3805 ± 3 800±1800 ± 1 790±1790 ± 1 TP (mg L-1)TP (mg L -1 ) 112±1112 ± 1 116±3116 ± 3 114±1114 ± 1 112±1112 ± 1 116±3116 ± 3

표 1을 참고하면, 5분간 오존을 주입하였을 때 오존주입량/용존유기탄소량은 0.5, 10분일 때는 1.1, 15분과 20분일 때는 각각 1.6, 2.1을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 오존주입량/용존유기탄소량이 0.5 이상으로 증가되면 MBR조 유출수의 색도(Color, mg Pt-Co L-1)가 최초 약 14,600에서 약 8,400, 2,000, 1,240, 820으로 현저하게 감소됨을 알 수 있다. As shown in Table 1, when the ozone was injected for 5 minutes, the amount of ozone injected / dissolved organic carbon was found to be 0.5, 1.1 at 10 minutes, 1.6 and 2.1 at 15 minutes and 20 minutes, respectively. Also, it can be seen that when the ozone injection amount / dissolved organic carbon amount is increased to 0.5 or more, the chromaticity (Color, mg Pt-Co L -1 ) of the MBR effluent is remarkably reduced from about 14,600 to about 8,400, 2,000, 1,240, have.

도 6은 오존주입량에 따른 MBR조 유출수의 색도 및 광투과도 그리고 미세조류 생산량을 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 표 1의 결과와 마찬가지로 오존주입량/용존유기탄소량이 0.5 이상일 때 MBR조 유출수의 색도가 급격하게 감소함을 알 수 있으며, 그에 따라 광투과도가 개선됨을 확인할 수 있다. 또한, 오존주입량/용존유기탄소량이 1∼2 값으로 제어될 때 미세조류 생산량이 증가됨을 알 수 있다. FIG. 6 is a graph showing chromaticity, light transmittance and microalgae production of MBR effluent according to the amount of ozone injected. Referring to FIG. 6, it can be seen that the chromaticity of the MBR effluent is drastically reduced when the ozone injection amount / dissolved organic carbon amount is 0.5 or more, as shown in Table 1, and thus the light transmittance is improved. In addition, it can be seen that when the ozone injection amount / dissolved organic carbon amount is controlled to 1 to 2, microbial production is increased.

도 7은 미세조류 배양시 오존주입량에 따른 총질소 및 총인의 제거량을 나타낸 그래프이다. 오존주입량/용존유기탄소량이 1이 넘었을 때 비로소 질소가 제거됨을 알 수 있으며, 질소가 제거됨은 미세조류 배양에 질소가 배양원으로 사용되었음을 의미한다. 이는, 또한 오존주입량/용존유기탄소량이 1 이하에서는 미세조류 배양이 원활치 않음을 의미한다. 한편, 오존주입량/용존유기탄소량이 1을 초과하는 경우 질소가 제거됨과 함께 인(P)도 일정 수준으로 미세조류 배양에 사용됨을 알 수 있다. FIG. 7 is a graph showing the amounts of total nitrogen and total phosphorus removed according to the amount of ozone injected during the microalgae culture. FIG. It can be seen that nitrogen is removed only when the amount of ozone injected / dissolved organic carbon exceeds 1, and the removal of nitrogen means that nitrogen is used as a culture source in the microalgae culture. This means that when the ozone injection amount / dissolved organic carbon amount is 1 or less, microalgae culture is not smooth. On the other hand, when the amount of ozone injected / dissolved organic carbon exceeds 1, nitrogen is removed and phosphorus (P) is also used for culturing microalgae at a certain level.

표 1과 도 6, 도 7의 실험결과를 통해, 색도 제거 및 최적의 미세조류 배양 환경을 위해서는 오존주입량이 MBR조 유출수의 용존유기탄소량(DOC) 대비 1∼2.5배로 공급되어야 함을 확인할 수 있다. 오존주입량/용존유기탄소량이 1 이하이면 색도 제거가 미흡함과 함께 미세조류 배양에 질소가 소비되지 않으며, 오존주입량/용존유기탄소량이 2.5를 넘게되면 추가적인 색도 제거가 진행되지 않는다.
Experimental results shown in Table 1, FIG. 6, and FIG. 7 confirm that the ozone injection amount should be supplied at 1 to 2.5 times the DOC of the MBR effluent for the chromaticity removal and optimal microalga culture environment have. When the ozone injection amount / dissolved organic carbon amount is less than 1, chromaticity reduction is insufficient and nitrogen is not consumed in the microalgae culture. If the amount of ozone injected / dissolved organic carbon exceeds 2.5, further color removal does not proceed.

110 : 혐기소화조 120 : MBR조
121 : 분리막 130 : 오존접촉조
140 : 오존발생기 150 : 미세조류 배양조
151 : 산기장치 152 : 광원
153 : 공기교환탑 160 : 미세조류 분리막
110: anaerobic digestion tank 120: MBR tank
121: separator 130: ozone contact tank
140: ozone generator 150: microalgae culture tank
151: diffuser 152: light source
153: Air exchange column 160: Micro algae separation membrane

Claims (13)

축산폐수를 혐기성소화시키는 혐기소화조;
상기 혐기소화조의 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하여 슬러지와 유출수로 분리하는 MBR조;
상기 MBR조의 유출수와 오존(O3)을 접촉시켜 MBR조 유출수에 포함되어 있는 유기물을 오존 또는 OH 래디컬(OH·)과 반응, 산화시켜 MBR조 유출수의 색도를 제거하는 오존접촉조;
상기 오존접촉조의 유출수 내에 포함되어 있는 질소 및 인을 자양분으로 이용하여 미세조류를 배양하는 미세조류 배양조; 및
상기 미세조류 배양조의 원수를 미세조류와 처리수로 분리하는 미세조류 분리막을 포함하여 이루어지며,
상기 MBR조는 아질산성 질소(NO2-N) 생성 조건으로 운전되며, 상기 혐기소화조의 혐기성소화액을 생물학적으로 처리하여 암모니아성 질소를 아질산성 질소(NO2-N)로 전환시키며,
상기 아질산성 질소(NO2-N) 생성 조건은, 상기 MBR조가 용존산소 0.3∼3mg/L의 조건으로 운전되며, 상기 MBR조가 pH 6.5∼8의 조건으로 운전되며, 상기 MBR조가 25∼35℃의 온도 조건으로 운전되는 것을 특징으로 하는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치.
Anaerobic digestion tank for anaerobic digestion of livestock wastewater;
An MBR tank for biologically treating the anaerobic digestion liquid of the anaerobic digestion tank and separating it into sludge and effluent;
An ozone contact tank for bringing the effluent of the MBR tank into contact with ozone (O 3 ) to react and oxidize the organic substances contained in the MBR effluent water with ozone or OH radicals (OH ·) to remove the chromaticity of the MBR effluent;
A microalgae culture tank for culturing microalgae using nitrogen and phosphorus contained in the effluent of the ozone contact tank as nutrients; And
And a micro algae separation membrane for separating raw water of the microalgae culture tank by microalgae and treated water,
The MBR tank is operated under the condition of producing nitrite nitrogen (NO 2 -N), biologically treating the anaerobic digester of the anaerobic digestion tank to convert ammonia nitrogen to nitrite nitrogen (NO 2 -N)
The nitrite nitrogen (NO 2 -N) production condition is such that the MBR tank is operated under the conditions of dissolved oxygen of 0.3 to 3 mg / L, the MBR tank is operated at a pH of 6.5 to 8, Wherein the ozone oxidation reaction is carried out at a temperature of about < RTI ID = 0.0 > 100 C < / RTI >
제 1 항에 있어서, 상기 오존접촉조에 공급되는 오존주입량은 MBR조 유출수에 포함되어 있는 용존유기탄소량(DOC) 대비 1∼2.5배 인 것을 특징으로 하는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치.
The microalgae culture apparatus according to claim 1, wherein the ozone injection amount supplied to the ozone contact tank is 1 to 2.5 times the amount of dissolved organic carbon (DOC) contained in the MBR effluent.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 미세조류 배양조의 일측에 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)를 공급함과 함께 미세조류 분리막의 막오염을 방지하는 역할을 수행하는 산기장치가 더 구비되며, 상기 미세조류 배양조의 상부에 미세조류 배양에 필요한 광에너지를 공급하기 위한 광원이 배치되는 것을 특징으로 하는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치.
[3] The microalgae culture apparatus according to claim 1, further comprising a diffuser which supplies carbon dioxide (CO 2 ) necessary for culturing microalgae to one side of the microalgae culture tank and prevents membrane contamination of the microalgae separation membrane, Wherein a light source for supplying light energy necessary for culturing the microalgae is disposed on the upper part of the incubation tank.
제 7 항에 있어서, 미세조류 배양에 필요한 이산화탄소(CO2)는 상기 혐기소화조에서 생산되는 바이오가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용하거나, 바이오가스를 이용하는 발전기의 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 이용하는 것을 특징으로 하는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치.
The method of claim 7, wherein the microalgae carbon dioxide necessary for the cultivation (CO 2) is carbon dioxide contained in the exhaust gas of the generator used, or using a biogas carbon dioxide (CO 2) contained in the biogas produced in the anaerobic digestion tank (CO 2 ) is used as the micro-algae culture apparatus.
제 1 항에 있어서, 상기 미세조류 배양조는 평판형의 완전혼합식, 원기둥형의 완전혼합식, 파이프라인형의 플러그 플로우식, 산화구형의 플러그 플로우식 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 오존산화반응이 적용된 미세조류 배양장치.
3. The microalgae culture apparatus according to claim 1, wherein the microalgae culture tank is any one of a plate-type complete mixing type, a cylindrical full mixing type, a pipeline type plug flow type, and an oxidized spherical type plug flow type. A microalgae culture system to which oxidation reaction is applied.
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