KR101745115B1 - Method for power generation and removing heavy metals from wastewater using fuel cell and System for treating wastewater using the same - Google Patents

Method for power generation and removing heavy metals from wastewater using fuel cell and System for treating wastewater using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 음전극, 양전극 및 상기 두 전극 사이에 구비되는 촉매층을 포함하는 연료전지로 중금속을 함유하는 폐수를 처리함으로써 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 방법 및 연료전지를 이용한 폐수처리시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 중금속 제거와 동시에 전력을 생산할 수 있는바 종래 전기응집반응의 전력소모 문제를 해결할 수 있으며, 미생물을 이용하지 않으므로 중금속 제거율이 높으며 지속적으로 사용하여도 성능이 저하되지 않는다.
The present invention relates to a method for removing heavy metals and a wastewater treatment system using a fuel cell, while simultaneously producing power by treating wastewater containing heavy metals with a fuel cell including a negative electrode, a positive electrode and a catalyst layer provided between the two electrodes .
According to the present invention, it is possible to produce electric power at the same time as heavy metal removal, which can solve the power consumption problem of the conventional electrophoretic agglomeration reaction. Since the microorganism is not used, the heavy metal removal rate is high and the performance is not deteriorated even if it is continuously used.

Description

연료전지를 이용하여 폐수로부터 전력 생산 및 중금속을 제거하는 방법 및 연료전지를 이용한 폐수처리시스템{Method for power generation and removing heavy metals from wastewater using fuel cell and System for treating wastewater using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and a method for removing wastewater from a wastewater using the fuel cell,

본 발명은 연료전지를 이용하여 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 방법 및 연료전지를 이용한 폐수처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing heavy metals while generating electric power from wastewater containing heavy metals by using a fuel cell, and a wastewater treatment system using fuel cells.

최근 산업화에 따른 생활하수, 축산 폐수 및 산업폐수 등은 호소의 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.In recent years, domestic sewage, livestock wastewater and industrial wastewater due to industrialization have caused pollution of water quality such as inland water and inland waters of public lakes and urban small and medium rivers.

한편, 종래에 발생하는 생활하수나 축산 폐수 및 산업폐수 등의 오염물질은 주로 일정한 미생물에 의해 분해 가능한 유기물인 반면에 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구 집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기성분이 차지하는 비율이 점차 증가하고 있는 실정이다. 그 예로, 축산시설의 폐수, 피혁공장의 폐수, 염색공장의 폐수, 산성광산배수 등을 들 수 있으며, 특히 산성광산배수는 광산의 갱내에서 유출되는 물이나 비가 폐석더미 또는 광미장을 경유하여 유출되는 물로서, 황철석을 함유하여 산성을 띠며 경우에 따라 다량의 철, 알루미늄 및 일부 유독성 중금속을 함유한다. 보통의 광산에서 1~5 m3/min, 많은 곳에서는 10 m3/min의 배수가 배출되므로 산성광산배수가 배출된 지역의 오염정도가 심해지고 있다.Meanwhile, contaminants such as domestic wastewater, livestock wastewater and industrial wastewater that are generated in the past are organic matter which can be decomposed by certain microorganisms, but recently, due to the rapid industrial development, population increase and urban population concentration, The proportion of inorganic components in wastewater is increasing. For example, wastewater from livestock facilities, wastewater from leather factories, wastewater from dyeing factories, acidic mine drainage, and the like, especially acidic mine drainage, can be discharged through a pile of mine waste or mine tailings, Which contains pyrite and is acidic and occasionally contains large quantities of iron, aluminum and some toxic heavy metals. Since the drainage of 1 to 5 m 3 / min in ordinary mines and 10 m 3 / min in many places is discharged, the pollution degree of the area where acidic mine drainage is discharged is getting worse.

상기 산성광산배수를 비롯한 각종 폐수에 함유된 중금속은 납, 아연, 비소, 구리, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 6가 크롬, 니켈 및 안티몬 등으로 무거운 금속원소를 말한다. 이러한 중금속은 미량이라도 토양이나 하천 및 지하수로 유입되면 수중 생태계 및 인간의 건강과 생활환경에 악영향을 미치게 된다. 따라서 폐수 중에 함유된 중금속을 효율적으로 제거하기 위한 다양한 방법의 연구가 진행되고 있다.Heavy metals contained in various wastewaters including acid mine drainage refer to heavy metal elements such as lead, zinc, arsenic, copper, manganese, cadmium, selenium, hexavalent chromium, nickel and antimony. These heavy metals, even in trace amounts, adversely affect the aquatic ecosystem and human health and living environment when they enter the soil, rivers and groundwater. Therefore, various methods for efficiently removing heavy metals contained in wastewater have been studied.

상기 중금속을 제거하는 방법으로는 화학약품을 첨가하는 방법, 소석회 등을 이용하는 방법이 주로 활용되는데, 상기 방법들 외에 최근에는 미생물 연료전지 (microbial fuel cell; MFC)를 이용하여 중금속을 제거하는 동시에 전력을 생산하는 방법이 사용되고 있다.As a method for removing the heavy metal, a method of adding a chemical agent or a method using a lime lime is mainly used. In addition to the above methods, a microbial fuel cell (MFC) is used to remove heavy metals, A method of producing a polypropylene resin is used.

미생물 연료전지는 음극부의 미생물이 기질인 유기물질을 분해할 때 생성되는 전자를 양극부에 전달해 전압를 발생시키는 것으로, 최근 폐수나 퇴적물 같은 오염물질을 정화하는 데 사용되고 있다. 예를 들어, 국내특허공개 제10-2003-0038240호(2003. 05. 16)에서는 저영양성 전기화학활성 미생물을 이용한 연료전지형 생화학적 산소요구량 측정기 및 이를 이용한 생화학적 저농도 산소요구량 측정 방법을 개시하고 있으며, 국내특허공개 제10-2008-0066460호(2008. 07. 16)에서는 미생물 연료전지 반응조 내에 있는 미생물에 의해 폐수의 유기물이 분해되는 과정에서 나오는 에너지를 전기 에너지로 전환하여 미생물의 생장을 제한시킴으로써, 이에 따른 슬러지 생산량을 감소시키는 장치를 개시하고 있다. 또한, 국내공개특허 제2012-0124529호(2012. 11. 14)에서는 중금속 또는 귀금속 함유 폐수로부터 혐기성 미생물이 구비된 미생물 연료전지(MFC)를 사용하여 전력 생산과 함께 중금속을 제거하거나 귀금속을 회수하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 미생물 연료전지를 이용하면 중금속 제거율이 낮아 유출수의 수질이 문제될 수 있으며, 이로 인하여 2차 침전지 등과 같은 추가적 후처리 공정이 필요로 하고, 양전극부와 음전극부 사이에서 pH 차이를 야기하여 미생물 연료전지의 시스템 성능을 저하시키는 문제점이 있다.Microbial fuel cells are used to purify contaminants such as wastewater and sediments by generating electrons by transferring electrons generated when microorganisms in the cathode part decompose an organic material as a substrate to the anode part. For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2003-0038240 (2003. 05. 16) discloses a fuel cell type biochemical oxygen demand measuring device using a low-nutrient electrochemically active microorganism and a method for measuring biochemical low-concentration oxygen demand using the same. And in Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0066460 (2008. 07. 16), the energy from the decomposition of the organic matter of the wastewater by the microorganisms in the microbial fuel cell reaction tank is converted into electric energy, Thereby decreasing the sludge production amount accordingly. In addition, domestic patent application No. 2012-0124529 (Nov. 14, 2012) discloses a method for removing heavy metals or recovering precious metals by using a microbial fuel cell (MFC) equipped with anaerobic microorganisms from waste water containing heavy metals or precious metals / RTI > However, when the microbial fuel cell is used, the removal efficiency of heavy metals may be low and thus the quality of the effluent water may be a problem. Therefore, an additional post-treatment process such as a secondary settler is required and pH difference between the positive electrode and the negative electrode causes microbial fuel cell There is a problem that the system performance of the system is degraded.

한편, 종래 널리 이용되어 왔던 전기응집반응을 이용한 폐수처리기술은 일반적으로, 폐수가 유입되는 유입구와 반응처리수가 배출되는 배출구가 구비된 반응챔버, 반응챔버의 내부에 일정간격으로 배열 고정된 전극판 및 전극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급부로 이루어지며, 전원의 공급을 통해 전극판의 표면에서 유입된 폐수와의 반응이 이루어져 중금속을 비롯한 불순물의 응집이 이루어지도록 함으로써 중금속의 제거 및 분리된 상태의 처리수가 배출될 수 있도록 한다. 그러나 이러한 전기응집반응을 이용한 폐수처리기술은 중금속의 제거에 많은 전력이 소모될 수 밖에 없어 그 이용에 한계가 있었다.Meanwhile, a wastewater treatment technique using an electrochemical agglomeration reaction, which has been conventionally widely used, generally includes a reaction chamber having an inlet through which wastewater flows and an outlet through which reaction treatment water is discharged, an electrode plate And a power supply unit for supplying power to the electrode plate. The reaction with the wastewater flowing from the surface of the electrode plate through the supply of power is performed to aggregate impurities such as heavy metals, So that the treated water can be discharged. However, the wastewater treatment technique using such an electrocoagulation reaction has a limitation in its use because much power is consumed to remove heavy metals.

따라서 종래 미생물 연료전지의 낮은 중금속 제거율 및 성능 저하 문제를 해결함과 동시에 전기응집반응의 전력 소모 문제를 해결하기 위한 새로운 폐수 처리 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop a new wastewater treatment technology for solving the problem of low heavy metal removal rate and performance deterioration of conventional microbial fuel cells and solving the power consumption problem of the electrocoagulation reaction.

본 발명의 목적은 연료전지를 이용하여 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 방법 및 연료전지를 이용한 폐수처리시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of removing heavy metals while generating electric power from wastewater containing heavy metals by using a fuel cell and a wastewater treatment system using the fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 방법은 음전극, 양전극 및 상기 두 전극 사이에 구비되는 촉매층을 포함하는 연료전지를 이용할 수 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing heavy metals and removing power from wastewater containing heavy metals, which can use a fuel cell including a negative electrode, a positive electrode, and a catalyst layer provided between the two electrodes.

상기 음전극은 대기에 노출될 수 있으며, 상기 음전극은 탄소천일 수 있다.The negative electrode may be exposed to the atmosphere, and the negative electrode may be a carbon cloth.

상기 양전극은 철, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The positive electrode may be iron, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, zinc, a zinc alloy, magnesium, a magnesium alloy, or a mixture thereof.

상기 촉매층과 양전극 사이에 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 기공크기가 10 nm 내지 10 ㎛인 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 더 구비할 수 있다.A cation exchange membrane, an anion exchange membrane, and a separation membrane having a pore size of 10 nm to 10 m may be further provided between the catalyst layer and the positive electrode.

상기 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종은 촉매층과 맞닿아 있어, 상기 촉매층이 폐수에 의해 오염되는 것을 방지하여 상기 촉매층과 맞닿아 있는 상기 음전극이 상기 폐수에 의해 오염되는 것이 방지되도록 하거나(도 1a), 이격되어 있을 수도 있다(도 1b).One kind selected from the group consisting of the cation exchange membrane, the anion exchange membrane and the separation membrane is in contact with the catalyst layer to prevent the catalyst layer from being contaminated by the wastewater, thereby preventing the cathode electrode contacting the catalyst layer from being contaminated by the wastewater. (FIG. 1A) or spaced apart (FIG. 1B).

상기 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 상기 양전극 사이에 금속볼을 더 구비할 수 있다.And a metal ball may be further provided between the positive electrode and one selected from the group consisting of the cation exchange membrane, the anion exchange membrane, and the separation membrane.

상기 중금속은 납, 아연, 비소, 구리, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 6가 크롬, 니켈 및 안티몬으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The heavy metal may be at least one selected from the group consisting of lead, zinc, arsenic, copper, manganese, cadmium, selenium, hexavalent chromium, nickel and antimony.

상기 폐수의 pH를 2 내지 10으로 조절하여 전력을 생산할 수 있으며, 본 발명의 방법을 통해 얻은 최대전력밀도는 2200 내지 6000 mW/㎡일 수 있다.The pH of the wastewater may be adjusted to 2 to 10 to produce power, and the maximum power density obtained through the method of the present invention may be 2200 to 6000 mW / m < 2 >.

상기 양전극은 철, 스테인레스 스틸 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 이때 상기 폐수의 pH를 5 내지 9로 조절하여 자성 철화합물을 생성할 수 있으며, 상기 연료전지에서 자성 철화합물을 생성할 때 외부저항은 10 내지 200 Ω일 수 있다.The positive electrode may be iron, stainless steel or a mixture thereof. The pH of the wastewater may be adjusted to 5 to 9 to produce a magnetic iron compound. When the magnetic iron compound is produced in the fuel cell, 10 to 200 OMEGA.

상기 자성 철화합물은 마그네타이트(Fe3O4)일 수 있다.The magnetic iron compound may be magnetite (Fe 3 O 4 ).

상기 방법은 상기 연료전지 복수 개를 직렬연결하여 수행할 수 있다.The method may be performed by connecting a plurality of the fuel cells in series.

또한, 본 발명은 중금속을 함유하는 폐수가 유입되는 폐수 유입부;The present invention also relates to a wastewater inflow section into which wastewater containing heavy metals flows;

상기 폐수 유입부로부터 배출된 폐수를 수용하며, 음전극, 양전극 및 상기 두 전극 사이에 구비되는 촉매층을 포함하는 연료전지가 구비된 전기응집 반응부;An electrocoagulation reaction unit having a fuel cell including a negative electrode, a positive electrode, and a catalyst layer provided between the two electrodes, the wastewater discharged from the wastewater inflow portion;

상기 전기응집 반응부에서 반응이 종료된 폐수가 배출되는 처리수 배출부;를 포함하고,And a treatment water discharging portion through which the wastewater having undergone the reaction in the electrocoagulation reaction portion is discharged,

상기 전기응집 반응부의 상기 연료전지를 이용하여 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐수처리시스템을 제공한다.Wherein the fuel cell of the electrocoagulation reaction unit generates electric power from wastewater containing heavy metals and removes heavy metals.

이때, 상기 연료전지는 동일한 연료전지 복수 개가 직렬연결된 것일 수 있다.At this time, the fuel cell may be a plurality of the same fuel cells connected in series.

종래 전기응집반응을 이용한 폐수처리기술이 중금속 제거에 많은 전력을 소모하는 것에 비해 본 발명의 연료전지를 이용한 방법 및 폐수처리시스템은 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거할 수 있다. 이는 음전극으로 탄소천을 사용하고, 양전극으로 철, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물을 사용함으로써 가능하다.Conventional wastewater treatment using an electrocoagulation reaction consumes a lot of power for removing heavy metals, while the method using the fuel cell and the wastewater treatment system of the present invention can remove heavy metals while generating electric power. This can be achieved by using carbon cloth as the negative electrode and by using iron, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, zinc, zinc alloy, magnesium, magnesium alloy or a mixture thereof as the positive electrode.

또한, 본 발명의 연료전지를 이용한 방법 및 폐수처리시스템은 미생물을 이용하지 않으므로 중금속 제거율이 높으며 지속적으로 사용하여도 성능이 저하되지 않는다.Also, since the method using the fuel cell and the wastewater treatment system of the present invention do not use microorganisms, the removal rate of the heavy metal is high and the performance is not deteriorated even if it is continuously used.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 폐수를 투입 시의 반응기작을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리시스템의 개략적 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 생산된 전력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 발생한 전압과 전류, 상기 전압과 전류를 평균값으로 계산한 최대전력밀도를 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 생성된 자성 철화합물을 라만 스펙트럼으로 나타낸 그래프이다.
도 7b는 마그네타이트를 라만 스펙트럼으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 사용된 전해질의 농도에 따른 최대전력밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 음이온 교환막을 구비한 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 발생한 전압과 전류, 상기 전압과 전류를 평균값으로 계산한 최대전력밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 양이온 교환막을 구비한 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행 시 발생한 전압과 전류, 상기 전압과 전류를 평균값으로 계산한 최대전력밀도를 나타낸 그래프이다.
1A is a view illustrating a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
1B is a view showing a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
2 is a view showing a reaction mechanism when wastewater is charged into a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a detailed configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a wastewater treatment system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating power produced when a wastewater is injected into a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the maximum power density of a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention, which is a voltage and a current generated when a wastewater is introduced into the fuel cell, and an average value of the voltage and current.
FIG. 7A is a graph showing Raman spectrum of a magnetic iron compound produced when a wastewater is introduced into a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
7B is a graph showing magnetite in Raman spectrum.
FIG. 8 is a graph showing a change in maximum power density according to the concentration of an electrolyte used when a wastewater is introduced into a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the maximum power density of a fuel cell having an anion-exchange membrane according to an embodiment of the present invention, which is calculated as an average value of a voltage and a current, and a voltage and a current generated when a reaction is performed.
FIG. 10 is a graph showing the maximum power density of a fuel cell having a cation exchange membrane according to an embodiment of the present invention, wherein a voltage and a current generated when a wastewater is introduced into the fuel cell, and a voltage and a current are calculated as an average value.

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

종래 미생물 연료전지를 이용한 중금속 함유 폐수 처리 기술은 중금속 제거율이 낮아 유출수의 수질이 문제될 수 있으며, 이로 인하여 2차 침전지 등과 같은 추가적 후처리 공정이 필요로 하고, 양전극부와 음전극부 사이에서 pH 차이를 야기하여 미생물 연료전지의 시스템 성능을 저하시키는 문제점이 있다.Conventional microbial fuel cell-based wastewater treatment technology has a problem in that the water quality of the effluent may be low due to the low removal rate of heavy metals, which necessitates an additional post-treatment process such as a secondary settler and the pH difference between the positive electrode and negative electrode Thereby deteriorating system performance of the microbial fuel cell.

또한, 종래에 널리 이용되어 왔던 전기응집반응을 이용한 폐수처리기술은 일반적으로, 폐수가 유입되는 유입구와 반응처리수가 배출되는 배출구가 구비된 반응챔버, 반응챔버의 내부에 일정간격으로 배열 고정된 전극판 및 전극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급부로 이루어지며, 전원의 공급을 통해 전극판의 표면에서 유입된 폐수와의 반응이 이루어져 중금속을 비롯한 불순물의 응집이 이루어지도록 함으로써 중금속의 제거 및 분리된 상태의 처리수가 배출될 수 있도록 한다. 그러나 이러한 전기응집반응을 이용한 폐수처리기술은 중금속의 제거에 많은 전력이 소모될 수 밖에 없어 그 이용에 한계가 있었다.In addition, a wastewater treatment technique using an electrocoagulation reaction that has been conventionally widely used generally includes a reaction chamber having an inlet through which wastewater flows and an outlet through which reaction treatment water is discharged, an electrode And a power supply unit for supplying power to the plate and the electrode plate. The reaction with the wastewater flowing from the surface of the electrode plate through the supply of power is performed to coagulate the impurities including the heavy metal, So that the treated water in the state can be discharged. However, the wastewater treatment technique using such an electrocoagulation reaction has a limitation in its use because much power is consumed to remove heavy metals.

이에, 본원 발명은 상대적으로 환원 전위가 낮은 금속으로 이루어진 양전극, 환원전위가 높은 대기 중의 산소를 이용하는 음전극으로 구성된 새로운 연료전지를 이용함으로써, 외부로부터 연료의 공급 없이도 중금속을 함유한 폐수를 전해질로 사용하여 전력생산 및 중금속 제거가 동시에 가능하도록 함으로써 종래 미생물 연료전지의 낮은 중금속 제거율 및 성능 저하 문제를 해결함과 동시에 전기응집반응의 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 새로운 방법 및 연료전지를 이용한 폐수처리시스템을 제공한다.Accordingly, the present invention uses a new fuel cell composed of a positive electrode made of a metal having a relatively low reduction potential and a negative electrode using oxygen in the atmosphere having a high reduction potential, so that wastewater containing a heavy metal is used as an electrolyte A new method for solving the problem of low heavy metal removal and performance degradation of conventional microbial fuel cells and solving the power consumption problem of the electrocoagulation reaction and the wastewater treatment system using the fuel cell to provide.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 작동원리를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지의 세부구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing a fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view illustrating the operation principle of the fuel cell according to the present invention, and FIG. 3 is a view showing a detailed configuration of a fuel cell according to the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 이용되는 연료전지는 음전극, 양전극 및 상기 두 전극 사이에 구비되는 촉매층을 포함한다.1 to 3, the fuel cell used in the present invention includes a negative electrode, a positive electrode, and a catalyst layer provided between the two electrodes.

이때, 상기 음전극은 대기에 노출된 탄소전극인 것이 바람직하며, 탄소전극의 소재로는 탄소천을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 양전극은 철, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.At this time, the negative electrode is preferably a carbon electrode exposed to the atmosphere, and a carbon cloth is preferably used as a material of the carbon electrode. The positive electrode is preferably made of iron, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, zinc, a zinc alloy, magnesium, a magnesium alloy or a mixture thereof.

본 발명에 따른 연료전지를 이용하여 폐수를 처리 시, 상기 양전극과 음전극의 환원전위 차이에 의하여 전력을 생산하게 되며, 이때 발생하는 금속 산화물과 폐수에 함유된 중금속의 전기응집에 의해 중금속이 제거된다. 구체적으로 본 발명에 따른 연료전지를 이용하여 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 반응식을 하기와 같이 나타낼 수 있으며, 하기의 반응식은 양전극으로서 철을 사용한 경우의 반응식으로서 본 발명을 보다 쉽게 설명하기 위해 나타낸 것이며, 앞서 언급한 바와 같이 양전극으로는 철, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물들이 사용될 수 있는바 본 발명의 범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.When the wastewater is treated using the fuel cell according to the present invention, electric power is produced by the difference in reduction potential between the positive electrode and the negative electrode, and the heavy metal is removed by the electro-coagulation of the metal oxide and the heavy metal contained in the wastewater . More specifically, a reaction formula for producing heavy metals from electric power generated from the wastewater by using the fuel cell according to the present invention can be expressed as follows. The following reaction formula is a reaction formula when iron is used as a positive electrode, As described above, the positive electrode may be made of iron, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, zinc, a zinc alloy, magnesium, a magnesium alloy, or a mixture thereof. It is not.

Fe2 + + 3H2O → Fe(OH)3(s) + 3H+ + e- (양전극)[반응식 1]Fe 2 + + 3H 2 O? Fe (OH) 3 (s) + 3H + + e - (positive electrode)

1/4O2 + H+ + e- → 1/2H2O (음전극)[반응식 2]1 / 4O 2 + H + + e - → 1 / 2H 2 O (negative electrode) [Reaction Scheme 2]

1/4O2 + 1/2H2O + e- → OH- (음전극)[반응식 3]1 / 4O 2 + 1 / 2H 2 O + e - - OH - (negative electrode) [Reaction Scheme 3]

Fe3 + + OH- → Fe(OH)3(s) (음전극 근처)[반응식 4]Fe 3 + + OH - > Fe (OH) 3 (s) (near the negative electrode)

Fe(OH)3 + H+ + e- → Fe3O4(s) + 5H2O (음전극 근처)[반응식 5]Fe (OH) 3 + H + + e - ? Fe 3 O 4 (s) + 5H 2 O (near the negative electrode)

도 1a와 같이 음전극과 분리막 사이에 공간이 없이 형성(하나의 셀)된 연료전지에 폐수가 투입되면, 대기에 노출된 음전극에서는 환원전위가 높은 산소가 환원되고 양전극에서는 2가 철이온이 3가 철이온으로 산화된다. 이 과정에서 철은 산화물(Fe(OH)3)로 침전되어 전력이 발생되며, 상기 철산화물(Fe(OH)3)은 수소 이온 및 전자에 의해 마그네타이트(Fe3O4)와 같은 자성 철화합물로 회수될 수 있다([반응식 1] 내지 [반응식 5]). As shown in FIG. 1A, when wastewater is fed into a fuel cell having no space between a cathode and a separator (one cell), oxygen having a high reduction potential is reduced in the cathode exposed to the atmosphere, and bivalent iron ions Iron is oxidized to on. In this process, iron is precipitated as an oxide (Fe (OH) 3 ) to generate electric power, and the iron oxide (Fe (OH) 3 ) is converted into a magnetic iron compound such as magnetite (Fe 3 O 4 ) (Scheme 1 to Scheme 5).

이때 납, 아연, 비소, 구리, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 6가 크롬, 니켈 및 안티몬으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중금속은 상기 자성 철화합물의 표면에 흡착되거나 상기 자성 철화합물의 결정구조 안으로 들어가 폐수로부터 중금속이 제거된다. 이때, 상기 양전극으로 사용된 소재가 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물과 같은 금속인 경우에는 금속산화물(예: Al(OH)3, ZnO, Zn(OH)2, MgO, Mg(OH)2)로 침전되어 전력이 발생되며, 자성 철화합물이 생성될 수 없기 때문에 상기 중금속은 금속산화물 표면에 흡착되거나 결정구조 안으로 들어가 폐수로부터 중금속이 제거되며, 상기 금속산화물을 제거하기 위하여 별도의 침강조, 원심분리, 또는 벨트 프레셔 등에 의한 처리과정이 필요하다.At this time, at least one heavy metal selected from the group consisting of lead, zinc, arsenic, copper, manganese, cadmium, selenium, hexavalent chromium, nickel and antimony is adsorbed on the surface of the magnetic iron compound or enters the crystal structure of the magnetic iron compound Heavy metals are removed from the wastewater. When the material used as the positive electrode is a metal such as aluminum, aluminum alloy, zinc, zinc alloy, magnesium, magnesium alloy or a mixture thereof, metal oxides such as Al (OH) 3 , ZnO, Zn (OH) 2 , MgO, Mg (OH) 2 ) to generate electric power. Since the magnetic iron compound can not be generated, the heavy metal is adsorbed on the surface of the metal oxide or enters the crystal structure to remove heavy metals from the waste water. A centrifugal separation, a belt pressure treatment or the like is required to remove the water.

또한, 도 1b와 같이 음전극과 양전극이 분리막에 의하여 구분된 연료전지에 폐수가 투입되면, 대기에 노출된 음전극에서는 환원전위가 높은 산소가 환원되고 양전극에서는 2가 철이온이 3가 철이온으로 산화되며, 이 과정에서 철은 산화물(Fe(OH)3)로 침전되어 전력이 발생된다([반응식 1] 내지 [반응식 4]). 상기 철 산화물은 중금속이 철 산화물 표면에 흡착되거나 결정구조 안으로 들어가 폐수로부터 중금속이 제거될 수 있지만, 자성 철화합물을 생성할 수 없기 때문에 상기 철 산화물을 제거하기 위하여 별도의 침강조, 원심분리, 또는 벨트 프레셔 등에 의한 처리과정이 필요하다. 앞서 언급한 바와 마찬가지로, 이때, 상기 양전극으로 사용된 소재가 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물과 같은 금속인 경우에는 금속산화물(예: Al(OH)3, ZnO, Zn(OH)2, MgO, Mg(OH)2)로 침전되어 전력이 발생되며, 자성 철화합물이 생성될 수 없기 때문에 상기 중금속은 금속산화물 표면에 흡착되거나 결정구조 안으로 들어가 폐수로부터 중금속이 제거되며, 상기 금속산화물을 제거하기 위하여 별도의 침강조, 원심분리, 또는 벨트 프레셔 등에 의한 처리과정이 필요하다.In addition, as shown in FIG. 1B, when wastewater is injected into a fuel cell in which a cathode and a cathode are separated by a separator, oxygen having a high reduction potential is reduced in the cathode exposed to the atmosphere, and bivalent iron is converted into trivalent iron In this process, iron is precipitated as oxide (Fe (OH) 3 ) to generate electric power ([Reaction 1] to [Reaction 4]). Since the iron oxide can adsorb on the iron oxide surface or enter the crystal structure and remove the heavy metal from the wastewater, the iron oxide can not generate a magnetic iron compound. Therefore, the iron oxide may be subjected to separate precipitation, A process by a belt pressure or the like is required. Like mentioned before, at this time, the case material is a metal such as aluminum, aluminum alloy, zinc, zinc alloy, magnesium, magnesium alloy, or a mixture thereof, the metal oxide (for example, used as the positive electrode: Al (OH) 3, (OH) 2 , MgO, and Mg (OH) 2 ) to generate electric power. Since the magnetic iron compound can not be generated, the heavy metal is adsorbed on the surface of the metal oxide or enters the crystal structure, And the treatment with a needle press, centrifugal separation, belt press or the like is necessary in order to remove the metal oxide.

상기 도 1a와 같은 구조의 연료전지에는 폐수가 음전극 또는 양전극 중 어느 쪽에서 투입되던지 상관없지만, 상기 도 1b와 같은 구조의 연료전지에는 상기 [반응식 1]에서 2가 철이온이 3가 철이온으로 산화되면서 발생된 전자가 전선을 따라 이동하여 음전극 표면의 산소에 전달되어 물로 환원되고 철 산화물을 형성하며 전력을 발생시키기 위해서는 양전극 쪽으로 폐수를 공급하는 것이 바람직하다.The fuel cell having the structure as shown in FIG. 1A does not matter whether the wastewater is introduced into the negative electrode or the positive electrode. In the fuel cell having the structure shown in FIG. 1B, the dihydric It is preferable to supply the wastewater to the positive electrode in order to generate electrons generated by the oxidation along the electric wire and to be transmitted to the oxygen on the surface of the negative electrode to be reduced to water to form iron oxide and generate electric power.

상기 연료전지에 투입되는 폐수에 철이온이 포함되지 않은 경우에는, 양전극을 철, 스테인레스 스틸 또는 이들의 혼합물의 재질로 된 전극을 사용하여 하기 [반응식 6]과 같이 2가 철이온을 생성한다. 상기 생성된 2가 철이온은 상기 [반응식 1] 내지 [반응식 5]와 동일한 과정을 따라 전력을 생산하며 자성 철화합물을 생성하는 동시에 중금속을 제거한다(도 1a의 경우). 또한, 상기 [반응식 1] 내지 [반응식 4]와 동일한 과정을 따라 전력을 생산하며 철 산화물을 생성하는 동시에 중금속을 제거할 수도 있다(도 1b의 경우).When iron ion is not contained in the wastewater fed to the fuel cell, the positive electrode is formed of iron, stainless steel, or an electrode made of a mixture thereof, to produce a dihydric iron ion as shown in Reaction Scheme 6 below. The produced bivalent iron ions produce electric power according to the same procedures as in the above Reaction Schemes 1 to 5, and simultaneously produce a magnetic iron compound and remove heavy metals (in the case of FIG. 1A). In addition, it is also possible to produce iron oxide and remove heavy metals (in the case of FIG. 1B) by generating electric power according to the same procedure as the above-mentioned Reaction Schemes 1 to 4.

Fe(0) → Fe2 + + 2 e- [반응식 6]Fe (0) - > Fe 2 + + 2 e - [Reaction Scheme 6]

이때, 상기 음전극으로 산소가 통과하며 산소의 환원반응이 원활하게 일어나도록 하여 반응성을 향상시키기 위해, 상기 음전극의 소재로 탄소천을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to use a carbon cloth as a material of the negative electrode in order to allow the oxygen to pass through the negative electrode and allow the reduction reaction of oxygen to occur smoothly to improve reactivity.

상기 촉매층은 접촉저항 및 물질전달 저항을 최소화할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 백금(Pt), 니켈(Ni), 코발트(Co), 이리듐(Ir) 및 크롬(Cr) 증에서 1종 이상인 금속에 불소수지(PTFE)가 도포된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 촉매층은 음전극과 맞닿도록 구비되는 것이 바람직하므로 산소가 들어오는 면은 불소수지(PTFE)를 반복적으로 도포하여 접촉저항 및 물질전달 저항을 최소화할 수 있다.The catalyst layer is not particularly limited as long as it can minimize the contact resistance and the mass transfer resistance. However, it is preferable that the catalyst layer contains at least one metal selected from the group consisting of platinum (Pt), nickel (Ni), cobalt (Co), iridium (Ir) Is coated with a fluororesin (PTFE) is preferably used. Since the catalyst layer is desirably provided so as to be in contact with the negative electrode, the surface on which oxygen is introduced may be coated with fluororesin (PTFE) repeatedly to minimize contact resistance and mass transfer resistance.

또한, 상기 연료전지로 하나의 전해수조를 사용하는 경우에는 상기 촉매층과 양전극 사이에 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 더 구비할 수도 있다. 상기 분리막은 폐수의 부유물 등을 흡착 또는 걸러주기 위하여 기공크기가 10 nm 내지 10 ㎛인 기공이 다수개 형성된 것이 바람직하다. 상기 기공이 형성된 분리막을 사용하지 않는 경우에는 부유물 등이 상기 [반응식 1] 내지 [반응식 5]의 반응을 방해하여 다량의 전력을 생산하지 못하고, 자성 철화합물을 생성하지 못할 수도 있다(도 1a의 경우).Further, when one electrolytic water tank is used as the fuel cell, one kind selected from the group consisting of a cation exchange membrane, anion exchange membrane and separation membrane may be further provided between the catalyst layer and the anode. It is preferable that the separation membrane is formed with a plurality of pores having a pore size of 10 nm to 10 m in order to adsorb or filter suspended matters of wastewater. In the case where the porous membrane having the pores is not used, the suspension or the like may interfere with the reaction of the above-mentioned Reaction Schemes 1 to 5 to produce a large amount of electric power and fail to produce a magnetic iron compound Occation).

또한, 상기 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 상기 양전극 사이에 금속볼을 더 구비할 수 있다. 상기 금속볼은 투입된 폐수와의 반응 표면적을 크게 하여 반응효율 향상을 통한 폐수처리 효율을 증대시켜줌과 동시에, 전자, 이온 등의 이동시 브릿지 역할을 통해 음극과 양극의 거리를 단축시킴으로써 전류의 이동속도를 빠르게 하여 전력효율이 향상되는 효과를 가질 수 있다. 이때, 상기 금속볼의 직경은 0.1 ㎜ 내지 1 ㎝인 것이 바람직하다.In addition, a metal ball may be additionally provided between the positive electrode and one selected from the group consisting of the cation exchange membrane, the anion exchange membrane and the separation membrane. The metal ball increases the surface area of the reaction with the input wastewater to increase the efficiency of wastewater treatment by improving the reaction efficiency and shortens the distance between the cathode and the anode by acting as a bridge when electrons and ions move, So that the power efficiency can be improved. At this time, the diameter of the metal ball is preferably 0.1 mm to 1 cm.

본 발명은 하기 실시예의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 폐수의 pH를 2 내지 10, 바람직하게는 4 내지 8이 되도록 조절함으로써 0.7 내지 0.9 V의 셀전압을 20 내지 40시간 동안 유지할 수 있으며, 6시간 동안 발생된 전압 및 전류를 평균값으로 계산하여 얻은 최대전력밀도는 2200 내지 2500 mW/㎡이다. 상기 최대전력밀도는 폐수의 pH에 따라 조금씩 달라질 수 있다.The present invention can maintain the cell voltage of 0.7 to 0.9 V for 20 to 40 hours by controlling the pH of the wastewater to 2 to 10, preferably 4 to 8, as can be seen from the results of the following examples, The maximum power density obtained by averaging the voltage and current generated during 6 hours is 2200 to 2500 mW / m < 2 >. The maximum power density may vary slightly depending on the pH of the wastewater.

또한, 본 발명은 하기 실시예의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이 폐수의 pH를 5 내지 9, 바람직하게는 7 내지 8이 되도록 조절함으로써 자성 철화합물을 생성할 수 있다. 폐수의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 자성 철화합물이 생성되지 않는다. In addition, the present invention can produce a magnetic iron compound by adjusting the pH of the wastewater to 5 to 9, preferably 7 to 8, as can be seen from the results of the following examples. When the pH of the wastewater is out of the above range, no magnetic iron compound is produced.

또한, 상기 연료전지에서 자성 철화합물을 생성할 때 외부 저항은 10 Ω 이상인 것이 바람직하며, 외부 저항이 낮을수록 폐수처리효율은 향상되는 반면 외부 저항이 높을수록 전력효율이 향상되는바, 폐수처리효율과 전력효율을 모두 고려할 때, 외부 저항은 10 내지 200 Ω인 것이 가장 바람직하다.In addition, when the magnetic iron compound is produced in the fuel cell, it is preferable that the external resistance is 10 Ω or more. The lower the external resistance, the higher the effluent treatment efficiency. The higher the external resistance, the higher the power efficiency. It is most preferable that the external resistance is 10 to 200 OMEGA.

또한, 본 발명은 하기 실시예의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이 폐수의 pH를 4 내지 8.5가 되도록 조절함으로써 비소, 납, 구리를 비롯한 중금속을 98%이상 제거할 수 있으며, 또한 전해질의 농도를 0.06 내지 0.6M의 범위에서 조절함으로써 최대전력밀도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 전해질의 농도 0.56 M에서 최대 4500 mW/㎡의 전력을 생산할 수 있다.In addition, as can be seen from the results of the following examples, the present invention can remove at least 98% of heavy metals including arsenic, lead and copper by adjusting the pH of the wastewater to 4 to 8.5, and the concentration of the electrolyte is 0.06 To 0.6 M, it is possible to control the maximum power density as well as to produce a power of 0.56 M at the electrolyte and 4500 mW / m at the maximum.

또한, 본 발명은 하기 실시예의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이 촉매층과 양전극 사이에 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 더 구비함으로써 약 6000 mW/㎡의 전력을 생산할 수 있다.Further, the present invention can produce a power of about 6000 mW / m 2 by further providing a cation exchange membrane or an anion exchange membrane between the catalyst layer and the positive electrode, as can be seen from the results of the following examples.

또한, 전력 생산 효율의 증대를 위하여, 본 발명에 따른 방법은 상기 연료전지 복수 개를 직렬연결하여 수행하는 것이 바람직하다.Further, in order to increase the power production efficiency, the method according to the present invention is preferably performed by connecting a plurality of the fuel cells in series.

또한, 본 발명은 중금속을 함유하는 폐수가 유입되는 폐수 유입부;The present invention also relates to a wastewater inflow section into which wastewater containing heavy metals flows;

상기 폐수 유입부로부터 배출된 폐수를 수용하며, 음전극, 양전극 및 상기 두 전극 사이에 구비되는 촉매층을 포함하는 연료전지가 구비된 전기응집 반응부;An electrocoagulation reaction unit having a fuel cell including a negative electrode, a positive electrode, and a catalyst layer provided between the two electrodes, the wastewater discharged from the wastewater inflow portion;

상기 전기응집 반응부에서 반응이 종료된 폐수가 배출되는 처리수 배출부;를 포함하고,And a treatment water discharging portion through which the wastewater having undergone the reaction in the electrocoagulation reaction portion is discharged,

상기 전기응집 반응부의 상기 연료전지를 이용하여 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐수처리시스템을 제공한다.Wherein the fuel cell of the electrocoagulation reaction unit generates electric power from wastewater containing heavy metals and removes heavy metals.

이때, 상기 폐수처리시스템의 전력 생산 효율의 증대를 위하여, 상기 연료전지는 동일한 연료전지 복수 개가 직렬연결된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
At this time, in order to increase the power production efficiency of the wastewater treatment system, it is preferable that a plurality of the fuel cells are connected in series.

이하에서는 바람직한 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments and the like. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided for further illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example >>

실시예Example 1 내지 5.  1 to 5.

도 1a와 동일한 구조의 연료전지, 예컨대 대기에 노출된 측면에는 최외각측(대기와 직접 접촉되는 측)으로부터 차례로 확산층, 음전극, 촉매층 및 분리막이 형성된 연료전지에 pH가 4(실시예 1), 5(실시예 2), 6(실시예 3), 7.5(실시예 4) 및 8.5(실시예 5)인 7 mM FeSO4(인공 폐수)를 각각 투입하였다.
A fuel cell having the same structure as in FIG. 1A, for example, a fuel cell having a diffusion layer, a cathode electrode, a catalyst layer, and a separation membrane formed in order from the outermost side (the side directly in contact with the atmosphere) 7 mM FeSO 4 (artificial wastewater) of 5 (Example 2), 6 (Example 3), 7.5 (Example 4) and 8.5 (Example 5), respectively.

실시예Example 6 내지 7. 6 to 7.

도 1b와 동일한 구조의 연료전지를 사용하되, 촉매층과 양전극 사이에 양이온 교환막(실시예 6) 또는 음이온 교환막이(실시예 7) 형성된 연료전지에 7 mM FeSO4(인공 폐수)를 각각 투입하였다.
7 mM FeSO 4 (artificial wastewater) was added to the fuel cell in which a fuel cell having the same structure as in FIG. 1B was used, in which a cation exchange membrane (Example 6) or an anion exchange membrane (Example 7) was formed between the catalyst layer and the positive electrode.

<< 시험예Test Example >>

시험예Test Example 1.  One. 셀전압Cell voltage (V) 측정(V) measurement

상기 실시예 1 내지 4와 같이, pH가 상이한 인공폐수를 연료전지에 투입 후 연료전지에서 생산된 전력을 셀전압기(Voltage Recorder VR-71, T&D COPORATION)로 측정하여 도 5에 나타내었다.As shown in FIG. 5, after the artificial wastewater having different pH values was injected into the fuel cell, the electric power produced by the fuel cell was measured by a voltage regulator VR-71 (T & D COPORATION).

도 5에 도시된 바와 같이, pH가 4, 5, 6 및 7.5인 인공폐수를 이용 시 각각 0.75 내지 0.9 V의 셀 전압이 최소 20시간 동안 유지되는 것을 확인하였다. 이때의 외부저항은 1000 Ω이다.
As shown in FIG. 5, it was confirmed that cell voltages of 0.75 to 0.9 V were maintained for at least 20 hours when using artificial wastewater having pHs of 4, 5, 6 and 7.5, respectively. The external resistance at this time is 1000 Ω.

시험예Test Example 2. 최대전력밀도 측정 2. Measurement of maximum power density

상기 실시예 1과 같이, pH 4인 인공폐수를 연료전지에 투입 후 6시간 동안 발생한 전압과 전류, 및 상기 전압과 전류를 평균값으로 계산한 최대전력밀도를 도 6에 나타내었다.As in Example 1, the maximum power density obtained by calculating the voltage and current generated during 6 hours after the artificial wastewater having the pH of 4 to the fuel cell and the voltage and current were calculated as an average value is shown in FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 6시간 동안 발생한 전압과 전류를 평균값으로 계산한 결과 최대전력밀도가 2300 mW/㎡인 것을 확인하였다. As shown in FIG. 6, the voltage and current generated during 6 hours were averaged to find that the maximum power density was 2300 mW / m 2.

따라서, 본 발명에 따라 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행하면 고밀도의 전력이 생산된다는 것을 확인하였다.
Accordingly, it has been confirmed that when the wastewater is supplied to the fuel cell according to the present invention and the reaction is performed, high-density power is produced.

시험예Test Example 3. 자성  3. Magnetic 철화합물의Iron compound 생성 확인 Confirm creation

상기 실시예 4와 같이, pH 7.5인 인공폐수를 연료전지에 투입 후 외부저항 100 Ω에서 24시간 동안 운전하여 생성된 고체물질을 라만 스팩트럼으로 분석하여 도 7a에 나타내었다.As in Example 4, the artificial wastewater having a pH of 7.5 was charged into the fuel cell, and the solid material produced by the operation with an external resistance of 100 Ω for 24 hours was analyzed by the Raman spectrum and shown in FIG. 7A.

도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 생성된 고체물질을 라만 스팩트럼으로 분석한 결과 상기 생성된 고체물질의 주요 피크가 표준 마그네타이트가 가지고 있는 고유 피크(670 cm-1)(도 7b)와 매우 유사한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7A, the resultant solid material was analyzed by a Raman spectrum. As a result, the major peak of the generated solid material was very similar to the intrinsic peak (670 cm -1 ) (FIG. 7B) possessed by the standard magnetite Respectively.

따라서, 본 발명에 따라 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행하면 마그네타이트와 같이 자성이 있는 철화합물을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 상기 자성 철화합물은 고체로 수득되며, 자성을 가지므로 자력에 의해 물로부터 쉽게 분리할 수 있다. Accordingly, it has been confirmed that magnetic iron compounds such as magnetite can be obtained by introducing wastewater into the fuel cell according to the present invention and performing the reaction. Further, the magnetic iron compound is obtained as a solid, and since it has magnetism, it can be easily separated from water by magnetic force.

시험예Test Example 4. 중금속 제거 효율 확인 4. Confirm removal efficiency of heavy metals

(1) 비소의 제거 효율 측정(1) Measurement of removal efficiency of arsenic

상기 실시예 1 내지 5와 같이, pH가 상이한 인공폐수 20 L가 저장된 외부 저수조와 연료전지 수조를 호스로 연결하여 펌프로 인공폐수를 순환시켜 24 시간 동안 운전하여 5가 비소(As(V))의 제거율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 이때 전해질로 0.05 M의 NaCl과 0.06 M의 NaHCO3를 사용하였다.As in Examples 1 to 5, the external water tank having 20 L of artificial wastewater having different pH was connected to the fuel cell water tank by a hose, and the artificial wastewater was circulated by a pump to operate for 24 hours to produce As (V) Were measured and shown in the following Table 1, in which 0.05 M NaCl and 0.06 M NaHCO 3 were used as electrolytes.

또한, 상기 실시예 6 내지 7과 같이 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 구비한 연료전지 수조와 pH 5의 인공폐수 20 L가 저장된 외부 저수조를 호스로 연결하여 펌프로 인공폐수를 순환시켜 24 시간 동안 운전하여 5가 비소(As(V))의 제거율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었으며, 이때 양전극의 전해질은 0.1 M의 NaHCO3를, 음전극의 전해질은 0.1 M의 HCl을 사용하였다.Also, as in the case of Examples 6 to 7, a fuel cell water tank having a cation exchange membrane or anion exchange membrane and an external water tank having 20 liters of artificial wastewater having a pH of 5 were connected by a hose, the artificial wastewater was circulated by a pump, The removal rate of As (V) 5 was measured and shown in Table 2 below. In this case, the electrolyte of the positive electrode was 0.1 M NaHCO 3 and the electrolyte of the negative electrode was 0.1 M HCl.

초기 pHInitial pH 외부저항(Ω)External Resistance (Ω) 초기 오염농도(ppm)Initial contamination concentration (ppm) 처리시간에 따른 잔류비소농도 (ppm)Arsenic concentration (ppm) 6 시간 6 hours 9 시간9 hours 24 시간24 hours 4 4 100100 1One N.D.(not detect)N.D. (not detect) N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.4380.438 0.010.01 0.0050.005 10001000 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 11.83411.834 8.4928.492 0.0090.009 55 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 2.0312.031 0.0060.006 0.0040.004 10001000 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 13.23613.236 11.38911.389 0.1690.169 66 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.0390.039 0.0050.005 0.0030.003 10001000 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 13.08813.088 11.18211.182 2.5702.570 7.57.5 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 10.98610.986 4.3724.372 0.0550.055 10001000 1One 0.050.05 0.0480.048 0.0480.048 200200 14.05814.058 11.17311.173 1.6101.610 8.58.5 100100 1One 0.420.42 0.450.45 0.460.46 200200 10.39510.395 2.2462.246 7.9897.989 10001000 1One 1One 1One 1One 200200 20.01620.016 12.96912.969 14.83214.832

상기 표 1에 나타난 바와 같이, pH가 4 내지 7.5의 범위에서 초기 비소의 농도가 1 ppm인 경우에는 외부 저항에 관계없이 6시간 이후 비소가 완전히 제거되는 것을 확인할 수 있었으며, 초기 비소의 농도가 200 ppm인 경우에도 24 시간 이후에는 98% 이상의 비소가 제거되는 것을 확인하였는바, 폐수의 pH를 4 내지 7.5의 범위로 유지하는 것이 비소 제거에 효과적임을 확인하였다.
As shown in Table 1, when the initial arsenic concentration was 1 ppm in the pH range of 4 to 7.5, it was confirmed that the arsenic was completely removed after 6 hours regardless of the external resistance, and the initial arsenic concentration was 200 ppm, it was confirmed that 98% or more of arsenic was removed after 24 hours, and it was confirmed that maintaining the pH of the wastewater in the range of 4 to 7.5 is effective for arsenic removal.

초기 pHInitial pH 격막의 종류Type of diaphragm 외부저항(Ω)External Resistance (Ω) 초기 오염농도(ppm)Initial contamination concentration (ppm) 처리시간에 따른 잔류비소농도 (ppm)Arsenic concentration (ppm) 1 시간1 hours 2시간2 hours 4 시간 4 hours 8 시간8 hours 24 시간 24 hours 55 양이온 교환막Cation exchange membrane 20 20 1One 0.220.22 0.0050.005 N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 음이온 교환막Anion exchange membrane 1One 0.4750.475 0.10.1 0.0150.015 N.D.N.D. N.D.N.D.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 사용한 경우 비소가 완전히 제거되는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 음이온 교환막을 사용한 경우 양이온 교환막에 비해 더욱 빠른 시간 내에 비소가 완전히 제거됨을 확인하였다.
As shown in Table 2, it was confirmed that arsenic was completely removed when a cation exchange membrane or anion exchange membrane was used. In particular, when anion exchange membrane was used, arsenic was completely removed in a shorter time than a cation exchange membrane.

(2) 납의 제거 효율 측정(2) Measurement of lead removal efficiency

상기 실시예 1 내지 5와 같이, pH가 상이한 인공폐수 20 L가 저장된 외부 저수조와 연료전지 수조를 호스로 연결하여 펌프로 인공폐수를 순환시켜 24 시간 동안 운전하여 납(Pb)의 제거율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었으며, 이때 전해질로 0.05 M의 NaCl과 0.06 M의 NaHCO3를 사용하였다.As in the case of Examples 1 to 5, the removal efficiency of lead (Pb) was measured by circulating artificial wastewater through a hose connecting an external water tank storing 20 L of artificial wastewater having different pH and a fuel cell water tank for 24 hours The results are shown in Table 3, in which 0.05 M NaCl and 0.06 M NaHCO 3 were used as electrolytes.

초기 pHInitial pH 외부저항(Ω)External Resistance (Ω) 초기 오염농도(ppm)Initial contamination concentration (ppm) 처리시간에 따른 잔류 납 농도 (ppm)Residual lead concentration (ppm) 6 시간6 hours 9 시간9 hours 24 시간24 hours 44 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.360.36 0.050.05 N.D.N.D. 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.80.8 0.150.15 N.D.N.D. 55 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.41.4 0.50.5 0.0060.006 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 3.153.15 1.21.2 0.010.01 66 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.721.72 0.650.65 0.00050.0005 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 3.33.3 1.151.15 0.0030.003 7.57.5 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.541.54 0.0450.045 0.0010.001 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 2.132.13 0.0910.091 0.00070.0007 8.58.5 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.311.31 0.0380.038 0.00010.0001 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 2.012.01 0.0640.064 0.00020.0002

상기 표 3에 나타난 바와 같이, pH가 4 내지 8.5의 범위에서 초기 납의 농도에 관계없이 24 시간 이후에는 98% 이상의 납이 제거되는 것을 확인하였다.
As shown in Table 3, it was confirmed that at least 98% of the lead was removed after 24 hours regardless of the initial lead concentration in the pH range of 4 to 8.5.

(3) 구리의 제거 효율 측정(3) Measurement of removal efficiency of copper

상기 실시예 1 내지 5와 같이, pH가 상이한 인공폐수 20 L가 저장된 외부 저수조와 연료전지 수조를 호스로 연결하여 펌프로 인공폐수를 순환시켜 24 시간 동안 운전하여 구리(Cu)의 제거율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었으며, 이때 전해질로 0.05 M의 NaCl과 0.06 M의 NaHCO3를 사용하였다.As in the case of Examples 1 to 5, the removal efficiency of copper (Cu) was measured by circulating artificial wastewater through a hose connecting an external water tank containing 20 L of artificial wastewater having different pH and a fuel cell water tank for 24 hours In Table 4 below, 0.05 M NaCl and 0.06 M NaHCO 3 were used as electrolytes.

초기 pHInitial pH 외부저항(Ω)External Resistance (Ω) 초기 오염농도(ppm)Initial contamination concentration (ppm) 처리시간에 따른 잔류 구리 농도 (ppm)Residual copper concentration (ppm) 6 시간6 hours 9 시간9 hours 24 시간24 hours 44 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.230.23 0.020.02 N.D.N.D. 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 0.710.71 0.0950.095 N.D.N.D. 55 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.291.29 0.350.35 0.0040.004 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 2.982.98 1.041.04 0.00620.0062 66 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.481.48 0.520.52 0.00040.0004 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 3.143.14 1.071.07 0.00120.0012 7.57.5 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.481.48 0.0370.037 0.00040.0004 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 2.052.05 0.0860.086 0.00060.0006 8.58.5 2020 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.541.54 0.0420.042 0.00020.0002 100100 1One N.D.N.D. N.D.N.D. N.D.N.D. 200200 1.841.84 0.0490.049 0.00010.0001

상기 표 4에 나타난 바와 같이, pH가 4 내지 8.5의 범위에서 초기 구리의 농도에 관계없이 24 시간 이후에는 98% 이상의 납이 제거되는 것을 확인하였다.
As shown in Table 4, it was confirmed that over 98% of lead was removed after 24 hours regardless of the initial copper concentration in the pH range of 4 to 8.5.

시험예Test Example 5. 전해질의 농도에 따른 전력 측정 5. Power measurement according to electrolyte concentration

상기 실시예 2와 같이, pH 5인 인공폐수를 연료전지에 투입 후 전해질로 사용된 중탄산염(NaHCO3)의 농도에 따른 최대전력밀도를 측정하여 하기 도 8에 나타내었다. As in Example 2, the maximum power density according to the concentration of bicarbonate (NaHCO 3 ) used as an electrolyte after the artificial wastewater having a pH of 5 was injected into the fuel cell is shown in FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 중탄산염의 농도에 비례하여 최대전력밀도가 증가함을 확인하였으며, 특히 중탄산염의 농도가 0.56 M인 경우 최대전력밀도가 4500 mW/㎡인 것을 확인하였다.As shown in FIG. 8, it was confirmed that the maximum power density was increased in proportion to the concentration of bicarbonate, and in particular, when the concentration of bicarbonate was 0.56 M, the maximum power density was 4500 mW / m 2.

따라서, 본 발명에 따라 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행시 전해질의 농도를 증가시키면 고밀도의 전력이 생산될 수 있음을 알 수 있다.
Therefore, it can be seen that high density power can be produced by increasing the concentration of the electrolyte when the wastewater is fed into the fuel cell according to the present invention.

시험예Test Example 6. 이온교환막의 종류에 따른 전력 측정 6. Power measurement according to ion exchange membrane type

상기 실시예 6 내지 7과 같이 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 구비한 연료전지에 pH가 5인 인공폐수를 투입하고, 전해질로 사용된 중탄산염(NaHCO3)의 농도를 0.1 M으로 하여 발생한 전압과 전류, 및 상기 전압과 전류를 평균값으로 계산한 최대전력밀도를 하기 도 9(실시예 6) 및 도 10(실시예 7)에 각각 나타내었다.As in Examples 6 to 7, artificial wastewater having a pH of 5 was charged into a fuel cell having a cation exchange membrane or anion exchange membrane, and the concentration of bicarbonate (NaHCO 3 ) And the maximum power density obtained by calculating the voltage and current as an average value are shown in Fig. 9 (Example 6) and Fig. 10 (Example 7), respectively.

도 9에 도시된 바와 같이 음이온 교환막을 사용한 경우 최대전력밀도가 6000 mW/㎡인 것을 확인하였고, 도 10에 도시된 바와 같이 양이온 교환막을 사용한 경우 최대전력밀도가 5000 mW/㎡인 것을 확인하였다.As shown in FIG. 9, when the anion exchange membrane was used, it was confirmed that the maximum power density was 6000 mW / m 2, and when the cation exchange membrane was used as shown in FIG. 10, the maximum power density was 5000 mW / m 2.

따라서, 본 발명에 따라 연료전지에 폐수를 투입하여 반응을 수행하면 고밀도의 전력이 생산될 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that high density of power can be produced by supplying wastewater into the fuel cell according to the present invention and performing the reaction.

Claims (18)

중금속을 함유하는 폐수가 유입되는 폐수 유입부;
상기 폐수 유입부로부터 유입된 폐수를 수용하고, 상기 유입된 폐수와 반응하여 상기 유입된 폐수를 처리하는 전기응집 반응부; 및
상기 전기응집 반응부에서 반응이 종료된 폐수가 배출되는 처리수 배출부;를 포함하며,
상기 전기응집 반응부는,
음전극, 양전극, 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 상기 음전극과 맞닿도록 구비되는 촉매층 및 상기 촉매층과 상기 양전극 사이에 구비되는 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 연료전지를 포함하고,
상기 양이온 교환막, 상기 음이온 교환막 및 상기 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종은,
상기 촉매층이 상기 유입된 폐수에 의해 오염되는 것을 방지하여 상기 촉매층과 맞닿아 있는 상기 음전극이 상기 유입된 폐수에 의해 오염되는 것이 방지되도록, 상기 촉매층과 맞닿도록 구비되는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.
A wastewater inflow portion into which wastewater containing heavy metals flows;
An electrocoagulation reaction unit for receiving wastewater flowing in from the wastewater inflow section and reacting with the inflow wastewater to treat the inflow wastewater; And
And a treated water discharging portion through which the waste water having undergone the reaction in the electrocoagulation reaction portion is discharged,
The electrocoagulation reaction unit may include:
A fuel cell including a negative electrode, a positive electrode, a catalyst layer provided between the negative electrode and the positive electrode so as to be in contact with the negative electrode, and a cation exchange membrane, an anion exchange membrane and a separator provided between the catalyst layer and the positive electrode and,
One kind selected from the group consisting of the cation exchange membrane, the anion exchange membrane and the separation membrane,
Wherein the catalyst layer is provided so as to abut against the catalyst layer so as to prevent the catalyst layer from being contaminated by the inflow wastewater and to prevent the negative electrode abutting the catalyst layer from being contaminated by the inflow wastewater. A wastewater treatment system for removing heavy metals while producing power from wastewater.
제1항에 있어서, 상기 음전극은 대기에 노출된 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.The wastewater treatment system according to claim 1, wherein the negative electrode is exposed to the atmosphere, wherein the negative electrode is exposed to the atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 음전극은 탄소천인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.The wastewater treatment system according to claim 1, wherein the negative electrode is a carbon cloth. The system according to claim 1, wherein the negative electrode is carbon cloth. 제1항에 있어서, 상기 양전극은 철, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄합금, 아연, 아연합금, 마그네슘, 마그네슘합금 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.The method according to claim 1, wherein the positive electrode is made of iron, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, zinc, zinc alloy, magnesium, magnesium alloy or a mixture thereof. A wastewater treatment system for removal. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 선택된 1종이 상기 분리막인 경우, 상기 분리막의 기공크기는 10 nm 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.2. The waste water treatment system according to claim 1, wherein when the selected one species is the separation membrane, the separation membrane has a pore size of 10 nm to 10 mu m. . 삭제delete 삭제delete 중금속을 함유하는 폐수가 유입되는 폐수 유입부;
상기 폐수 유입부로부터 유입된 폐수를 수용하고, 상기 유입된 폐수와 반응하여 상기 유입된 폐수를 처리하는 전기응집 반응부; 및
상기 전기응집 반응부에서 반응이 종료된 폐수가 배출되는 처리수 배출부;를 포함하며,
상기 전기응집 반응부는,
음전극, 양전극, 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 상기 음전극과 맞닿도록 구비되는 촉매층 및 상기 촉매층과 상기 양전극 사이에 구비되는 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 연료전지를 포함하고,
상기 양이온 교환막, 음이온 교환막 및 분리막으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 상기 양전극 사이에 구비되어, 상기 유입된 폐수와 상기 양전극의 반응 표면적을 크게 하여 반응 효율을 향상시키도록 하는 금속볼;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.
A wastewater inflow portion into which wastewater containing heavy metals flows;
An electrocoagulation reaction unit for receiving wastewater flowing in from the wastewater inflow section and reacting with the inflow wastewater to treat the inflow wastewater; And
And a treated water discharging portion through which the waste water having undergone the reaction in the electrocoagulation reaction portion is discharged,
The electrocoagulation reaction unit may include:
A fuel cell including a negative electrode, a positive electrode, a catalyst layer provided between the negative electrode and the positive electrode so as to be in contact with the negative electrode, and a cation exchange membrane, an anion exchange membrane and a separator provided between the catalyst layer and the positive electrode and,
And a metal ball disposed between the positive electrode and the one selected from the group consisting of the cation exchange membrane, the anion exchange membrane, and the separation membrane, and increasing the reaction surface area between the introduced wastewater and the positive electrode to improve the reaction efficiency Wherein the wastewater treatment system is adapted to remove heavy metals while producing power from the wastewater.
제1항에 있어서, 상기 중금속은 납, 아연, 비소, 구리, 망간, 카드뮴, 셀레늄, 6가 크롬, 니켈 및 안티몬으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.The method according to claim 1, wherein the heavy metal is at least one selected from the group consisting of lead, zinc, arsenic, copper, manganese, cadmium, selenium, hexavalent chromium, nickel and antimony. A wastewater treatment system to remove heavy metals while producing. 제1항에 있어서, 상기 폐수의 pH를 2 내지 10으로 조절하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.The wastewater treatment system according to claim 1, wherein the pH of the wastewater is adjusted to 2 to 10 to produce electric power. The wastewater treatment system for producing heavy electric power from heavy wastewater containing heavy metals. 중금속을 함유하는 폐수가 유입되는 폐수 유입부;
상기 폐수 유입부로부터 유입된 폐수를 수용하고, 상기 유입된 폐수와 반응하여 상기 유입된 폐수를 처리하는 전기응집 반응부; 및
상기 전기응집 반응부에서 반응이 종료된 폐수가 배출되는 처리수 배출부;를 포함하며,
상기 전기응집 반응부는,
대기에 노출된 음전극, 양전극, 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 상기 음전극과 맞닿도록 구비되는 촉매층을 포함하는 연료전지를 포함하고,
상기 양전극은,
철, 스테인레스 스틸 또는 이들의 혼합물로 구현되어, 자성 철화합물을 생성하기 위해 필요한 Fe(OH)3를 생성하는데 필요한 OH- 생성되도록 하는 동시에 상기 유입된 폐수의 pH를 상승시켜 주는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.
A wastewater inflow portion into which wastewater containing heavy metals flows;
An electrocoagulation reaction unit for receiving wastewater flowing in from the wastewater inflow section and reacting with the inflow wastewater to treat the inflow wastewater; And
And a treated water discharging portion through which the waste water having undergone the reaction in the electrocoagulation reaction portion is discharged,
The electrocoagulation reaction unit may include:
A fuel cell including a negative electrode exposed to the atmosphere, a positive electrode, and a catalyst layer provided between the negative electrode and the positive electrode so as to be in contact with the negative electrode,
The positive electrode
Iron, stainless steel, or a mixture thereof, and the amount of OH - required to produce Fe (OH) 3 required to produce the magnetic iron compound And the pH of the influent wastewater is increased. The wastewater treatment system according to claim 1,
제12항에 있어서,
상기 유입된 폐수는,
pH가 5 내지 9이며,
상기 pH는,
상기 양전극의 반응에 의해 상승되는 것을 특징으로 하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.
13. The method of claim 12,
The inflowing wastewater is supplied to the water-
a pH of 5 to 9,
The pH,
Wherein the water is raised by the reaction of the positive electrode.
제12항에 있어서, 상기 연료전지에서 자성 철화합물을 생성할 때 외부저항은 10 내지 200 Ω인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.13. The wastewater treatment system according to claim 12, wherein the external resistance is 10 to 200 [Omega] when the magnetic iron compound is produced in the fuel cell. 제12항에 있어서, 상기 자성 철화합물은 마그네타이트(Fe3O4)인 것을 특징으로 하는 중금속을 함유하는 폐수로부터 전력을 생산하는 동시에 중금속을 제거하기 위한 폐수처리시스템.13. The wastewater treatment system according to claim 12, wherein the magnetic iron compound is magnetite (Fe 3 O 4 ), for producing electric power from heavy wastewater containing heavy metals and for removing heavy metals. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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