KR102529644B1 - Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion - Google Patents

Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion Download PDF

Info

Publication number
KR102529644B1
KR102529644B1 KR1020160030712A KR20160030712A KR102529644B1 KR 102529644 B1 KR102529644 B1 KR 102529644B1 KR 1020160030712 A KR1020160030712 A KR 1020160030712A KR 20160030712 A KR20160030712 A KR 20160030712A KR 102529644 B1 KR102529644 B1 KR 102529644B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
toxic
toxic wastewater
microorganisms
activated carbon
wastewater treatment
Prior art date
Application number
KR1020160030712A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170107156A (en
Inventor
박희등
이정열
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020160030712A priority Critical patent/KR102529644B1/en
Publication of KR20170107156A publication Critical patent/KR20170107156A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102529644B1 publication Critical patent/KR102529644B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/586Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing ammoniacal nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/006Regulation methods for biological treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/105Characterized by the chemical composition
    • C02F3/106Carbonaceous materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/12Activated sludge processes
    • C02F3/1278Provisions for mixing or aeration of the mixed liquor
    • C02F3/1284Mixing devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866Particular arrangements for anaerobic reactors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C02F3/2893Particular arrangements for anaerobic reactors with biogas recycling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/341Consortia of bacteria
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

본 발명은 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 독성 하폐수 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법에 있어서, 상기 독성 하폐수가 유입된 혐기성 소화조에 전도성 담체를 첨가해주는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 독성 하폐수 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 낮은 pH 조건, 고농도 유기성 폐기물 및 암모니아성 질소함유 등과 같은 열악한 환경 조건을 갖는 하폐수에 대해서도, 전기활성 미생물 사이의 공생관계 기작 발현을 통해서 시스템 내 독성 저해 완화효과를 달성할 수 있으며, 따라서, 기존 하폐수 처리장의 동절기 또는 독성물질의 유입 사고 발생시나 초기 가동 조건에서, 보다 효과적으로 하폐수 처리 및 바이오가스 생산 공정을 수행할 수 있다.
The present invention relates to a method for treating toxic wastewater based on anaerobic digestion and an apparatus for treating toxic wastewater for performing the method, and more specifically, in a method for treating toxic wastewater based on anaerobic digestion, wherein the toxic wastewater It relates to a toxic wastewater treatment method based on anaerobic digestion, characterized in that a conductive carrier is added to the introduced anaerobic digestion tank, and a toxic wastewater treatment apparatus for carrying out the method.
According to the present invention, even for wastewater having poor environmental conditions such as low pH conditions, high concentration organic waste and ammonia nitrogen content, the effect of reducing toxicity inhibition in the system can be achieved through the expression of a symbiotic relationship between electroactive microorganisms, , Therefore, it is possible to perform the wastewater treatment and biogas production process more effectively in the winter season of the existing wastewater treatment plant or in the event of an inflow accident of toxic substances or in the initial operation condition.

Description

혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법 및 독성 하폐수 처리장치 {Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion}Toxic wastewater treatment method and toxic wastewater treatment device based on anaerobic digestion {Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion}

본 발명은 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for treating toxic wastewater based on anaerobic digestion.

최근 음식물 쓰레기나 하수 슬러지 등 유기성 폐기물의 증가에 따라 유기성 폐기물을 적절하게 관리할 수 있는 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다. 종래 유기성 폐기물 처리방법으로는, 해양투기, 소각, 매립, 토지 살포 등의 방법이 사용되었지만, 해양투기 또는 소각이 유발하는 환경오염 문제로 인해서, 유기성 폐기물을 다각적인 방법으로 처리하기 위한 시스템 구축이 필요해지고 있다.Recently, with the increase in organic waste such as food waste and sewage sludge, the need for a method for properly managing organic waste has emerged. As conventional organic waste treatment methods, methods such as ocean dumping, incineration, landfill, land spreading, etc. have been used. it is becoming necessary

따라서, 유기성 폐기물을 처리함에 있어서 발생되는 슬러지의 양을 감소시키고, 또한 연료로도 사용 가능한 메탄가스를 함유하는 바이오 가스를 생산할 수 있는 혐기성 소화 처리방법이 주목받고 있다. 혐기성 소화방법은 혐기 조건 하에서 유기성 폐기물을 처리하는 것으로서, 유기물의 소화 효율이 우수하고, 더 나아가 바이오가스의 회수도 가능하다는 장점을 갖는다.Therefore, an anaerobic digestion treatment method capable of reducing the amount of sludge generated in processing organic waste and producing biogas containing methane gas usable as a fuel is drawing attention. The anaerobic digestion method treats organic waste under anaerobic conditions, and has the advantage of excellent digestion efficiency of organic matter and further recovery of biogas.

종래 혐기성 소화 시스템들에 있어서, 유입되는 폐기물의 농도 또는 부하량이 높아지게 되면, 시스템 내 pH가 낮아지게 되고, 이는 소화조 가동 실패를 초래하게 되므로, 이러한 문제점을 해결하여 소화조의 안정성을 구축할 필요성이 있다. 관련해서, 종래에는 단백질 함유량이 높은 하수 슬러지 등의 폐기물이 유입될 때, 암모니아성 질소의 농도가 높아져서 소화조 운전의 어려움을 유발하는 문제점을 해결하기 위해서, 시스템으로 유입되는 폐기물의 부하량 자체를 조절하거나, 또는 인위적으로 질소의 농도를 낮추고자 하는 시도 등이 있어 왔다.In conventional anaerobic digestion systems, when the concentration or load of the inflowing waste increases, the pH in the system decreases, which causes the failure of the digester operation, so there is a need to solve this problem to build the stability of the digester . In this regard, in the prior art, when waste such as sewage sludge having a high protein content is introduced, the concentration of ammonia nitrogen increases to solve the problem of causing difficulty in operating the digester, adjusting the load of the waste entering the system or , or attempts to artificially lower the nitrogen concentration have been made.

구체적으로, 종래의 독성 조건에서 혐기성 소화 장치 운전의 안정성을 확보하기 위한 기술들은 크게 낮은 pH를 사전에 방지하기 위해 중탄산염의 알칼리도 물질을 투입하는 기술과, 시스템으로 유입되는 유입 폐기물 부하량을 저감 또는 희석시킴으로써 독성 물질의 농도를 낮추는 방법들이 존재한다. 그러나, 상기 첫 번째 방법은 인위적으로 약품을 투입하기 때문에 경제적 효율성이 떨어진다는 문제점이 있고, 상기 두 번째 방법은 발생하는 유입 폐기물을 전량 처리하기 위해서 소화조의 용량이 지나치게 커진다는 점에서 효용성이 낮다는 문제점이 있다.Specifically, the technologies for securing the stability of anaerobic digestion system operation under conventional toxic conditions include a technology for injecting alkalinity substances of bicarbonate to prevent a significantly low pH in advance, and reducing or diluting the inflow waste load into the system There are ways to lower the concentration of toxic substances by doing so. However, the first method has a problem in that economic efficiency is low because chemicals are artificially introduced, and the second method is low in effectiveness in that the capacity of the digester is excessively increased in order to treat the entire amount of inflow waste generated There is a problem.

관련해서, 혐기성 소화조 내의 중탄산염 알칼리도를 적정 수준으로 조절함으로써 전체적인 소화 효율을 높이고, 운영 관리 비용을 절감하고자 한 혐기성 소화 방법이 개시된 바 있으며 (특허문헌 1), 혐기성 소화조 내의 암모늄 질소 농도를 또한 적정 수준으로 조절함으로써 유사한 효과를 달성하고자 한 혐기성 소화 방법이 개시된 바 있다 (특허문헌 2).In this regard, an anaerobic digestion method to increase overall digestion efficiency and reduce operating and management costs by adjusting the alkalinity of bicarbonate in the anaerobic digester to an appropriate level has been disclosed (Patent Document 1), and the ammonium nitrogen concentration in the anaerobic digester is also at an appropriate level An anaerobic digestion method to achieve a similar effect by controlling has been disclosed (Patent Document 2).

특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0994193호Patent Document 1: Republic of Korea Patent Registration No. 10-0994193 특허문헌 2: 대한민국 등록특허공보 제10-1002386호Patent Document 2: Republic of Korea Patent Registration No. 10-1002386

따라서, 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자, 별도의 화학 약품 투여 또는 소화조 용량 증가 없이도, 낮은 pH, 고농도 암모니아성 질소 및 유기물 농도 조건의 하폐수가 갖는 독성 조건에도 불구하고, 안정적이고 효과적으로 수행될 수 있는 운영될 수 있는, 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법 및 독성 하폐수 처리장치를 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, in order to solve the problems of the prior art, despite the toxic conditions of the wastewater of low pH, high concentration of ammonia nitrogen and organic matter concentration conditions, stable and effective performance without separate chemical administration or increase in digester capacity It is intended to provide a toxic wastewater treatment method and a toxic wastewater treatment device based on anaerobic digestion that can be operated.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서,In order to solve the above problems, the present invention

혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법에 있어서,In the toxic wastewater treatment method based on anaerobic digestion,

상기 독성 하폐수가 유입된 혐기성 소화조에 전도성 담체를 첨가해주는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법을 제공한다.It provides a method for treating toxic wastewater based on anaerobic digestion, characterized in that a conductive carrier is added to the anaerobic digestion tank into which the toxic wastewater flows.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 담체는 활성탄일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the conductive carrier may be activated carbon.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 활성탄은 석탄계 활성탄 또는 야자계 활성탄일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the activated carbon may be coal-based activated carbon or coconut-based activated carbon.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 활성탄의 평균 입경은 0.8 mm 내지 2.2 mm일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the average particle diameter of the activated carbon may be 0.8 mm to 2.2 mm.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 담체의 첨가량은 독성 하폐수 중 건조 슬러지의 건조 중량 1 g 당 0.1 g 내지 0.4 g일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the amount of the conductive carrier added may be 0.1 g to 0.4 g per 1 g of dry weight of dry sludge in toxic wastewater.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 독성 하폐수 중 독성 물질은 아세트산, 프로피온산, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the toxic substance in the toxic wastewater may be selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and mixtures thereof.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 독성 하폐수 1 리터 당 상기 아세트산의 농도는 2 g 내지 12 g이고, 상기 프로피온산의 농도는 0.5 g 내지 2.0 g일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the concentration of the acetic acid per 1 liter of the toxic wastewater may be 2 g to 12 g, and the concentration of the propionic acid may be 0.5 g to 2.0 g.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 독성 하폐수는 pH 5 내지 7을 갖고, 상기 독성 하폐수 1 리터 당 110 mg 내지 150 mg의 암모니아 농도를 갖는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the toxic wastewater may have a pH of 5 to 7 and an ammonia concentration of 110 mg to 150 mg per liter of the toxic wastewater.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전도성 담체의 첨가에 의해서 상기 전도성 담체의 표면에, 상호 공생관계를 구축하는 미생물들이 부착될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, microorganisms that build a mutually symbiotic relationship can be attached to the surface of the conductive carrier by the addition of the conductive carrier.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 상호 공생관계를 구축하는 미생물들은 지오박터 (Geobacter) 종 미생물 및 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the microorganisms that establish the mutual symbiotic relationship may be Geobacter species microorganisms and Methanosarcina microorganisms.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 하폐수 처리방법에 의해서, 바이오가스로서 메탄 가스가 생성되며, 전류가 발생될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, methane gas is generated as biogas by the wastewater treatment method, and an electric current may be generated.

또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위해서,In addition, the present invention, in order to solve the above other problems,

독성 하폐수 및 상기 독성 하폐수를 혐기성 소화시키는 전기활성 미생물을 내부에 수용하는 소화조;A digestion tank accommodating therein toxic wastewater and electroactive microorganisms that anaerobically digest the toxic wastewater;

상기 소화조 내부에 배치되고, 표면에 상기 전기활성 미생물이 부착되는 전도성 담체;a conductive carrier disposed inside the digester and to which the electroactive microorganism is attached to a surface thereof;

소정의 전위가 인가될 때에, 상기 전기활성 미생물 중 상기 독성 하폐수 내의 독성 물질을 산화시켜 전자를 발생시키는 전자발생 미생물이 부착되는 작업전극;a working electrode to which, when a predetermined potential is applied, electron-generating microorganisms generating electrons by oxidizing toxic substances in the toxic wastewater among the electroactive microorganisms are attached;

상기 작업전극에서 발생되는 상기 전자가 유입되고, 상기 전기활성 미생물 중 상기 전자를 전달받아 상기 독성 하폐수 내의 이산화탄소를 메탄으로 환원시키는 전자수용 미생물이 부착되는 상대전극;a counter electrode to which electrons generated from the working electrode are introduced and to which electron-accepting microorganisms that receive the electrons from among the electroactive microorganisms and reduce carbon dioxide in the toxic wastewater to methane are attached;

소정의 기준전위를 유지하는 기준전극; 및a reference electrode maintaining a predetermined reference potential; and

상기 작업전극의 전위 및 상기 기준전위를 일정하게 유지하고, 상기 전자의 흐름인 전류의 크기와 비례하는 상기 전기활성 미생물의 활성 정도를 평가하기 위해, 상기 전류의 크기를 측정하는 일정전위기;a constant potential device that maintains the potential of the working electrode and the reference potential constant and measures the magnitude of the current in order to evaluate the degree of activity of the electroactive microorganisms proportional to the magnitude of the current, which is the flow of electrons;

를 포함하는 독성 하폐수 처리장치를 제공한다.It provides a toxic wastewater treatment device comprising a.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 소화조 내부를 퍼징 (purging)하는 퍼징부를 더 포함할 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, a purging unit for purging the inside of the digester may be further included.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 소화조 내부에 배치되고, 상기 독성 하폐수와 상기 전기활성 미생물을 혼합하는 교반기를 더 포함할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, it is disposed inside the digester, and may further include an agitator for mixing the toxic wastewater and the electroactive microorganism.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전자발생 미생물은 지오박터 (Geobacter) 종 미생물이고, 상기 전자수용 미생물은 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the electron generating microorganism may be a Geobacter species microorganism, and the electron accepting microorganism may be a microorganism of the genus Methanosarcina .

본 발명에 따르면, 낮은 pH 조건, 고농도 유기성 폐기물 및 암모니아성 질소함유 등과 같은 열악한 환경 조건을 갖는 하폐수에 대해서도, 전기활성 미생물 사이의 공생관계 기작 발현을 통해서 시스템 내 독성 저해 완화효과를 달성할 수 있고, 일정 전위기를 활용한 실시간 산화, 환원 전위의 측정을 통해서 시스템의 성능 평가 및 진단이 가능하며, 따라서, 기존 하폐수 처리장의 동절기 또는 독성물질의 유입 사고 발생시나 초기 가동 조건에서, 보다 효과적으로 하폐수 처리 및 바이오가스 생산 공정을 수행할 수 있다.According to the present invention, even for wastewater having poor environmental conditions such as low pH conditions, high concentration organic waste and ammonia nitrogen content, the effect of reducing toxicity inhibition in the system can be achieved through the expression of a symbiotic relationship between electroactive microorganisms, , It is possible to evaluate and diagnose the performance of the system through the measurement of oxidation and reduction potentials in real time using a constant potential device, and therefore, more effectively treat wastewater in the winter of the existing wastewater treatment plant or in the event of an inflow accident of toxic substances or in initial operating conditions. and a biogas production process.

도 1은 활성탄을 첨가해주지 않은 시료와, 각기 다른 평균 입경을 갖는 활성탄을 첨가해준 경우, pH 5 및 7, 아세트산 농도 4 g/L 및 12 g/L에서 시간에 따른 축적 메탄 생성량을 도시한 그래프이다.
도 2a 및 2b는 다양한 조건의 시료별 평균 메탄생성속도 (2a) 및 유입 기질의 메탄 전환율 (2b)을 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따른 샘플별 미생물 클로닝 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 1에 따른 샘플별 미생물 클론 개수를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 1에 따른 미생물들 중 Proteobacteria의 샘플별 분포 정도를 도시한 도면이다.
도 6은 실시예 1에 따른 샘플별로 Delta- proteobacteriaGeobacter 종의 클론 수를 도시한 그래프이다.
도 7은 Geobacter 종과 활성탄을 통해 전자를 직접 전달받는 기작을 통해서 메탄을 생성할 수 있는 메탄 후보 균에 대한 분류학적 계통도를 도시한 도면이다.
도 8은 회분식 혐기 소화장치 내에서 전기활성 미생물의 활성에 대한 증거를 제시하기 위한, 3전극 셀을 이용한 산화, 환원반응 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 장치를 사용하여 측정한 CV 및 LSV 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
1 is a graph showing accumulated methane production over time at pH 5 and 7 and acetic acid concentrations of 4 g/L and 12 g/L in the case of samples without activated carbon and activated carbon having different average particle diameters added am.
2a and 2b are graphs showing the average methane production rate (2a) and methane conversion rate (2b) of the inlet substrate for each sample under various conditions.
3 is a diagram showing the results of microbial cloning analysis for each sample according to Example 1;
4 is a diagram showing the number of microbial clones for each sample according to Example 1;
5 is a diagram showing the degree of distribution of Proteobacteria in each sample among microorganisms according to Example 1;
6 is a graph showing the number of clones of Geobacter species among Delta- proteobacteria for each sample according to Example 1.
7 is Geobacter It is a diagram showing a taxonomic phylogenetic diagram of methane candidate bacteria capable of producing methane through a mechanism of directly receiving electrons through species and activated carbon.
8 is a view showing an oxidation and reduction reaction measuring device using a three-electrode cell to present evidence for the activity of electroactive microorganisms in a batch-type anaerobic digestion device.
FIG. 9 is a diagram illustrating measurement results of CV and LSV measured using the apparatus shown in FIG. 8 .
10 is a schematic configuration diagram of an apparatus according to the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 종래 혐기성 소화 시스템의 문제점, 즉 시스템 내 pH 저하 및 암모니아성 질소 농도 증가 등으로 인해서 소화조 안정성이 열악해지는 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 구체적으로는,The present invention has been devised to solve the problems of the conventional anaerobic digestion system, that is, the problem of poor digestion tank stability due to a decrease in pH and an increase in ammonia nitrogen concentration in the system, specifically,

혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법에 있어서,In the toxic wastewater treatment method based on anaerobic digestion,

상기 독성 하폐수가 유입된 혐기성 소화조에 전도성 담체를 첨가해주는 것을 특징으로 하는 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법에 관한 것이다.It relates to a method for treating toxic wastewater based on anaerobic digestion, characterized in that a conductive carrier is added to an anaerobic digestion tank into which the toxic wastewater flows.

후술하는 실시예를 통해서 상세히 서술된 바와 같이, 상기 전도성 담체의 첨가에 의해서 메탄 생성을 저해하는 독성 환경이 완화되며, 이는 메탄 생성 미생물의 낮은 pH에 대한 적응력이 전도성 담체 첨가에 의해서 증가되기 때문으로 판단된다. 더 나아가, 상기 전도성 담체의 첨가에 의해서 전류를 발생시키는 특정 미생물들 사이의 공생관계가 더욱 강화되고, 이를 통해서 보다 효과적인 하폐수 처리 및 혐기 소화시스템의 성능을 신속하게 파악할 수 있다.As described in detail through the examples to be described later, the toxic environment that inhibits methane production is alleviated by the addition of the conductive carrier, which is because the adaptability of methanogenic microorganisms to low pH is increased by the addition of the conductive carrier. judged Furthermore, the symbiotic relationship between specific microorganisms that generate current is further strengthened by the addition of the conductive carrier, and through this, more effective wastewater treatment and performance of the anaerobic digestion system can be quickly grasped.

상기 전도성 담체로는 활성탄을 사용할 수 있는 바, 활성탄으로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 석탄계 활성탄 또는 야자계 활성탄을 사용할 수 있다.Activated carbon may be used as the conductive carrier. As the activated carbon, although not limited thereto, coal-based activated carbon or coconut-based activated carbon may be used.

한편, 상기 첨가되는 활성탄의 평균 입경은 하폐수 처리에 의해서 발생되는 메탄가스의 생성 속도에 영향을 미치게 되는데, 바람직하게는, 상기 활성탄의 평균 입경은 0.8 mm 내지 2.2 mm인 경우, 원활한 메탄가스 생성 속도를 달성할 수 있다.On the other hand, the average particle diameter of the added activated carbon affects the rate of methane gas generation generated by wastewater treatment. Preferably, when the average particle diameter of the activated carbon is 0.8 mm to 2.2 mm, smooth methane gas generation rate can be achieved.

또한, 상기 전도성 담체의 첨가량은 독성 하폐수 중 건조 슬러지의 건조 중량 1 g 당 0.1 내지 0.4 g일 수 있는데, 상기 첨가량이 0.1 g 미만인 경우에는 전도성 담체 투입에 따른 효과가 미미하다는 문제점이 있고, 0.4 g을 초과하는 경우에는 메탄 생성 효율 면에서 오히려 전도성 담체를 투입하지 않은 경우보다도 낮아지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.In addition, the addition amount of the conductive carrier may be 0.1 to 0.4 g per 1 g of dry weight of dry sludge in toxic wastewater. If it exceeds, it is not preferable because there is a problem that the methane production efficiency is lower than that of the case where the conductive carrier is not added.

본 발명에 있어서, 상기 하폐수 중 메탄 생성을 저해하는 독성 환경을 야기하는 독성 물질들로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 아세트산, 프로피온산 및 그 혼합물을 예로 들 수 있다. 이때, 상기 독성 하폐수 1 리터 당 상기 아세트산의 농도는 2 g 내지 12 g일 수 있으며, 상기 프로피온산의 농도는 0.5 g 내지 2.0 g일 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 방법은 pH 5 내지 7 정도의 폐수 및 110 mg/L 내지 150 mg/L의 고농도 암모니아를 함유하는 폐수에 대해서도 원활한 적용이 가능하다.In the present invention, toxic substances that cause a toxic environment that inhibits methane production in the wastewater include, but are not limited to, acetic acid, propionic acid, and mixtures thereof. In this case, the concentration of the acetic acid per liter of the toxic wastewater may be 2 g to 12 g, and the concentration of the propionic acid may be 0.5 g to 2.0 g. Furthermore, the method according to the present invention can be smoothly applied to wastewater having a pH of about 5 to 7 and wastewater containing a high concentration of ammonia of 110 mg/L to 150 mg/L.

후술하는 실시예를 통해서 상세히 서술된 바와 같이, 상기 전도성 담체의 첨가에 의해서 특정 미생물들의 공생관계가 구축될 수 있는데, 이러한 공생관계를 구축한 미생물들은 상기 전도성 담체의 표면에 부착될 수 있다. 특히, 상기 공생관계는 혐기성 소화에 의해서 전기를 발생하고 다른 미생물과의 공생관계 형성에 우호적인 지오박터 (Geobacter) 종 미생물과, 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물 사이의 상호 공생관계일 수 있는 바, 지오박터종은 전도성을 나타내는 섬모를 통해서 전자를 직접 전달받아 타 미생물과의 공생관계를 구축하므로, 지오박터종의 생물학적 섬모보다 훨씬 높은 전도성을 나타내는 활성탄 첨가에 의해서 공생관계 구축이 유리해지기 때문이며, 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물의 경우, 수소, 아세트산 등 이외에도 전자를 직접 전달받아서 이산화탄소를 메탄으로 환원시킬 수 있다고 보고되고 있기 때문이다.As will be described in detail through examples to be described later, a symbiotic relationship between specific microorganisms can be established by the addition of the conductive carrier, and the microorganisms that have established such a symbiotic relationship can attach to the surface of the conductive carrier. In particular, the symbiotic relationship generates electricity by anaerobic digestion and is friendly to the formation of symbiotic relationships with other microorganisms Geobacter ( Geobacter ) Species microorganisms, Methanosarcina ( Methanosarcina ) Which can be a mutual symbiotic relationship between microorganisms Bar, since Geobacter species receive electrons directly through conductive cilia to establish a symbiotic relationship with other microorganisms, it is advantageous to build a symbiotic relationship by adding activated carbon, which exhibits much higher conductivity than biological cilia of Geobacter species. This is because, in the case of microorganisms of the genus Methanosarcina , it has been reported that they can reduce carbon dioxide to methane by directly receiving electrons in addition to hydrogen and acetic acid.

따라서, 본 발명에 따른 하폐수 처리방법에 따르면, 열악한 환경의 하폐수에 대해서도 전기활성 미생물 사이의 공생관계 기작 발현을 통해서 우수한 효율로 전류를 발생시킬 수 있으며, 이와 더불어 바이오가스로서 메탄 가스가 생성되는 것이 가능하다.Therefore, according to the wastewater treatment method according to the present invention, current can be generated with excellent efficiency through the expression of a symbiotic relationship mechanism between electroactive microorganisms even in wastewater in a harsh environment, and methane gas is generated as biogas. possible.

한편, 본 발명은 또한 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리장치를 제공하며, 본 발명에 따른 장치는,On the other hand, the present invention also provides a toxic wastewater treatment device based on anaerobic digestion, the device according to the present invention,

독성 하폐수 및 상기 독성 하폐수를 혐기성 소화시키는 전기활성 미생물을 내부에 수용하는 소화조;A digestion tank accommodating therein toxic wastewater and electroactive microorganisms that anaerobically digest the toxic wastewater;

상기 소화조 내부에 배치되고, 표면에 상기 전기활성 미생물이 부착되는 전도성 담체;a conductive carrier disposed inside the digester and to which the electroactive microorganism is attached to a surface thereof;

소정의 전위가 인가될 때에, 상기 전기활성 미생물 중 상기 독성 하폐수 내의 독성 물질을 산화시켜 전자를 발생시키는 전자발생 미생물이 부착되는 작업전극;a working electrode to which, when a predetermined potential is applied, electron-generating microorganisms generating electrons by oxidizing toxic substances in the toxic wastewater among the electroactive microorganisms are attached;

상기 작업전극에서 발생되는 상기 전자가 유입되고, 상기 전기활성 미생물 중 상기 전자를 전달받아 상기 독성 하폐수 내의 이산화탄소를 메탄으로 환원시키는 전자수용 미생물이 부착되는 상대전극;a counter electrode to which electrons generated from the working electrode are introduced and to which electron-accepting microorganisms that receive the electrons from among the electroactive microorganisms and reduce carbon dioxide in the toxic wastewater to methane are attached;

소정의 기준전위를 유지하는 기준전극; 및a reference electrode maintaining a predetermined reference potential; and

상기 작업전극의 전위 및 상기 기준전위를 일정하게 유지하고, 상기 전자의 흐름인 전류의 크기와 비례하는 상기 전기활성 미생물의 활성 정도를 평가하기 위해, 상기 전류의 크기를 측정하는 일정전위기;a constant potential device that maintains the potential of the working electrode and the reference potential constant and measures the magnitude of the current in order to evaluate the degree of activity of the electroactive microorganisms proportional to the magnitude of the current, which is the flow of electrons;

를 포함한다.includes

도 10에는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 구성도를 도시하였으며, 도 10을 참조하면, 독성 하폐수 (5) 및 상기 독성 하폐수를 혐기성 소화하기 위한 전기활성 미생물은 소화조 내부에 수용된다. 상기 소화조 내부에는 전도성 담체 (6)가 배치되는 바, 상기 전도성 담체의 표면에는 전기활성 미생물이 부착되어 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 전기활성 미생물로는, 공생 관계의 구축이 용이한 지오박터 (Geobacter) 종 미생물과, 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물을 예로 들 수 있다.10 shows a schematic configuration diagram of the apparatus according to the present invention, and referring to FIG. 10, toxic wastewater 5 and electroactive microorganisms for anaerobic digestion of the toxic wastewater are accommodated inside the digester. A conductive carrier 6 is disposed inside the digester, and electroactive microorganisms are attached to the surface of the conductive carrier. As described above, examples of such electroactive microorganisms include microorganisms of the species Geobacter and microorganisms of the genus Methanosarcina , which can easily establish a symbiotic relationship.

한편, 소화조에는 전위가 인가되는 전극들이 포함되는 바, 소정의 전위가 인가될 때에, 상기 전기활성 미생물 중 상기 독성 하폐수 내의 독성 물질을 산화시켜 전자를 발생시키는 전자발생 미생물이 부착되는 작업전극 (2), 상기 작업전극 (2)에서 발생되는 상기 전자가 유입되고, 상기 전기활성 미생물 중 상기 전자를 전달받아 상기 독성 하폐수 내의 이산화탄소를 메탄으로 환원시키는 전자수용 미생물이 부착되는 상대전극 (3), 및 소정의 기준전위를 유지하는 기준전극 (4)이 포함된다.On the other hand, the digester includes electrodes to which a potential is applied, and when a predetermined potential is applied, a working electrode to which electron-generating microorganisms that generate electrons by oxidizing toxic substances in the toxic wastewater among the electroactive microorganisms are attached ), a counter electrode (3) to which the electrons generated from the working electrode (2) are introduced and to which electron-accepting microorganisms that receive electrons from among the electroactive microorganisms and reduce carbon dioxide in the toxic wastewater to methane are attached, and A reference electrode 4 maintaining a predetermined reference potential is included.

이때, 상기 작업전극 (2)에 부착되는 상기 전자발생 미생물로는 지오박터 (Geobacter) 종 미생물이, 상기 상대전극 (3)에 부착되는 전자수용 미생물로는 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물이 사용될 수 있다.At this time, as the electron generating microorganism attached to the working electrode (2), a microorganism of the species Geobacter is attached, and as an electron accepting microorganism attached to the counter electrode (3), a microorganism of the genus Methanosarcina is used. can be used

더 나아가, 상기 작업전극 (2)의 전위 및 상기 기준전위를 일정하게 유지하고, 상기 전자의 흐름인 전류의 크기와 비례하는 상기 전기활성 미생물의 활성 정도를 평가하기 위해, 상기 전류의 크기를 측정하는 일정전위기 (포텐스탯, 1)가 포함된다. 특히, 이러한 일정전위기 (1)는 실시간으로 산화, 환원 전위를 측정함으로써, 시스템 성능이 원활히 유지되는지 여부 및 시스템 이상 여부의 실시간 진단을 가능하게 한다.Furthermore, the potential of the working electrode 2 and the reference potential are kept constant, and the magnitude of the current is measured in order to evaluate the degree of activity of the electroactive microorganisms, which is proportional to the magnitude of the current, which is the flow of electrons. A constant potential potential (potenstat, 1) is included. In particular, the potentiostat 1 measures oxidation and reduction potentials in real time, thereby enabling real-time diagnosis of whether or not system performance is maintained smoothly and whether or not there is an abnormality in the system.

한편, 혐기 소화를 용이하게 하기 위해서 상기 소화조 내부를 혐기 조건으로 퍼징 (purging)하는 퍼징부가 포함될 수도 있으며, 또한 상기 소화조 내부에 배치되고, 상기 독성 하폐수와 상기 전기활성 미생물을 혼합하는 교반기 (7)가 더 포함될 수도 있다.On the other hand, in order to facilitate anaerobic digestion, a purging unit for purging the inside of the digester under anaerobic conditions may be included, and is also disposed inside the digester, and the toxic wastewater and the electroactive microorganism. An agitator (7) may be further included.

기타, 본 발명에 따른 장치에 있어서, 전도성 담체의 종류, 평균 입경 및 첨가량, 또한 독성 하폐수의 성상 등에 관련한 사항은 전술한 바와 같다.In addition, in the device according to the present invention, matters related to the type, average particle diameter and addition amount of the conductive carrier, and properties of toxic wastewater are as described above.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but the following examples are only for helping understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

실시예Example 1. 전도성 1. Conductivity 담체가carrier 투입된 committed 회분식batch 혐기성 소화장치에서 바이오가스 독성의 완화 Mitigation of biogas toxicity in anaerobic digestion systems

전도성 담체로서 활성탄 (삼천리, 밀도 0.43-0.48 g/mL, 비표면적 950 m2/d, 입자 직경 1.18-1.41 mm)을 사용하였다. 활성탄의 크기가 메탄 생성 속도에 미치는 영향, 또한 글루코스와 같은 아세트산 외 다른 기질이 메탄 생성 속도에 미치는 영향을 알아보기 위해서 실험을 진행하였다. 체를 이용하여 걸러줌으로써, 활성탄의 평균 입경이 0.8, 1.6 및 2.2 mm인 3가지 종류의 활성탄으로 구분하여 사용하였다. 더 나아가, 아세트산 외의 발효성 기질로서, 글루코스 4 g/L를 탄소원으로 사용하였다.Activated carbon (Samchully, density 0.43-0.48 g/mL, specific surface area 950 m 2 /d, particle diameter 1.18-1.41 mm) was used as a conductive carrier. Experiments were conducted to investigate the effect of the size of the activated carbon on the methane production rate and the effect of substrates other than acetic acid, such as glucose, on the methane production rate. By filtering using a sieve, three types of activated carbon having an average particle diameter of 0.8, 1.6, and 2.2 mm were used separately. Furthermore, as a fermentable substrate other than acetic acid, 4 g/L of glucose was used as a carbon source.

혐기성 소화조 운전에는 유입 기질이 과량 주입되거나, 그로 인해 발효과정에서 수소가 소비되지 못하고, 유기산이 축적되는 사례가 종종 발생한다. 따라서, 시스템 pH가 떨어진 상황 (pH 5) 및 기질이 과량 주입된 경우 (12 g/L)를 가정하여 활성탄의 주입 여부에 따른 메탄 생성 특성을 파악하였다.In the anaerobic digester operation, an excessive amount of inlet substrate is injected, and as a result, hydrogen is not consumed during the fermentation process and organic acids are accumulated. Therefore, the characteristics of methane generation depending on whether or not activated carbon was injected were identified under the assumption that the system pH was low (pH 5) and the substrate was injected in excess (12 g/L).

구체적으로, 100 mL 시험병에 우선, 본 실험실에서 배양 중인 접종 슬러지 20 mL를 접종하고 (중랑하수처리장의 소화조에서 채수한 슬러지를 실험실 인큐베이터 35 ℃에 정치 배양하면서 가스 발생이 중단될 까지 기다렸다가 본 실험의 접종 슬러지로 활용함), 30 mL의 아세트산 (4 g/L) 기반의 기질을 주입하였다 (유입수 1 리터 당 성상은 CH3COOH 4 g, NaHCO3 5 g, NH4Cl 0.23g, KH2PO4 0.05 g, MgSO4·7H2O 0.05 g). 이어서, 1.0 g의 활성탄을 활성탄 주입 여부에 따라 상기 시험병에 투입하였다. 초기 배양액의 pH는 7로 조정하고, 낮은 pH 조건이 필요한 셀은 1 N 염산을 이용하여 pH 5로 조정하였다. 시험병 상부 공간을 질소로 5분간 퍼징하고, 고무마개로 막은 다음, 시험병을 35 ℃ 인큐베이터에 정치 및 반응시키면서, 시간대별로 가스 발생량 및 가스 성상을 분석하였다.Specifically, a 100 mL test bottle was first inoculated with 20 mL of the inoculation sludge being cultured in this laboratory (while still culturing the sludge collected from the digester of the Jungnang Sewage Treatment Plant in a laboratory incubator at 35 ° C, waiting until gas generation ceased, used as inoculation sludge), and 30 mL of acetic acid (4 g/L)-based substrate was injected (status per 1 liter of influent is CH 3 COOH 4 g, NaHCO 3 5 g, NH 4 Cl 0.23 g, KH 2 PO 4 0.05 g, MgSO 4 7H 2 O 0.05 g). Subsequently, 1.0 g of activated carbon was put into the test bottle according to whether or not the activated carbon was injected. The pH of the initial culture medium was adjusted to 7, and the cells requiring low pH conditions were adjusted to pH 5 using 1 N hydrochloric acid. The upper space of the test bottle was purged with nitrogen for 5 minutes, closed with a rubber stopper, and then the test bottle was left and reacted in an incubator at 35 ° C., and the gas generation amount and gas properties were analyzed for each time period.

도 1은 활성탄을 첨가해주지 않은 시료와, 각기 다른 평균 입경을 갖는 활성탄을 첨가해준 경우, pH 5 및 7, 아세트산 농도 4 g/L 및 12 g/L에서 시간에 따른 축적 메탄 생성량을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing accumulated methane production over time at pH 5 and 7 and acetic acid concentrations of 4 g/L and 12 g/L in the case of samples without activated carbon and activated carbon having different average particle diameters added am.

도 1을 참조하면, 활성탄을 투입한 경우가 그렇지 않을 때보다 메탄 생성 속도가 빠르다는 점을 알 수 있으며, 특히, 누적 메탄 생성량이 최대가 되는 시점은 활성탄을 투입한 경우에는 25 일인 반면, 활성탄을 투입하지 않은 경우에는 55 일로서 거의 두 배 정도 느린 것으로 나타난다. 반면에, 비표면적의 상대적인 차이를 고려한 활성탄 크기에 따른 메탄 생성 특성은, 평균 입경 0.8 mm ~ 2.2 mm 범위에서 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the methane production rate is faster when activated carbon is added than when it is not. In the case of no input, it appears to be almost twice as slow as 55 days. On the other hand, the methane generation characteristics according to the size of the activated carbon considering the relative difference in specific surface area showed no significant change in the range of average particle diameter of 0.8 mm to 2.2 mm.

한편, 발효성 기질인 글루코오스가 투입된 경우, 활성탄의 투입 여부와 상관없이 메탄 생성 속도가 비슷한 것으로 나타났다. 또한, 누적 메탄 생성량이 최대인 시점도 15일 정도로 아세트산을 이용한 것보다 빠른 것으로 나타났다.On the other hand, when glucose, a fermentable substrate, was added, the rate of methane production was similar regardless of whether activated carbon was added. In addition, the time point at which the cumulative methane production amount was maximum was also found to be about 15 days earlier than that using acetic acid.

pH 5의 경우, 활성탄을 투입한 경우의 메탄 생성 속도가 조금 더 빠른 것으로 나타났다. 또한, 메탄이 생성되는 시점 (지체기)도 활성탄을 이용한 경우에 2-3일 더 단축되는 것으로 나타났다. 이는, 낮은 pH에 대한 메탄 미생물의 적응력이 활성탄을 통해 높아졌기 때문으로 판단된다.In the case of pH 5, it was found that the methane production rate was slightly faster when activated carbon was added. In addition, the time point at which methane is generated (lag phase) was also found to be further shortened by 2-3 days when activated carbon was used. This is considered to be because the adaptability of methane microorganisms to low pH was increased through activated carbon.

기존 아세트산 농도 대비 아세트산의 농도를 3배 정도 높게 유지한 환경, 즉 과량 유입 기질 부하에서도 활성탄을 투입한 경우에 메탄 생성 속도가 증대한 것으로 나타났다. 누적 메탄 생성량이 최대로 달성되는 시점도 활성탄을 투입한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해서 약 5일 정도 빠른 것으로 나타났다.It was found that the methane production rate increased when activated carbon was introduced even in an environment where the acetic acid concentration was maintained three times higher than the existing acetic acid concentration, that is, in an excessive inflow substrate load. The point at which the cumulative methane production was maximized was also found to be about 5 days earlier when activated carbon was added than when it was not.

결과적으로, 낮은 pH 및 높은 유입 기질 농도 조건에서도 활성탄이 메탄 생성 저해에 대해서 완화 효과를 나타낸다는 점을 알 수 있다.As a result, it can be seen that activated carbon exhibits a mitigating effect on the inhibition of methane production even under conditions of low pH and high influent substrate concentration.

도 2a 및 2b는 다양한 조건의 시료별 평균 메탄생성속도 (2a) 및 유입 기질의 메탄 전환율 (2b)을 도시한 그래프이다. 도 2a를 참조하면, 메탄생성속도는 활성탄을 넣은 경우 및 글루코스를 기질로 사용한 경우에 약 1.6-1.8 mL-CH4/d로 가장 높게 나타났다 (C: 활성탄 미첨가 조건; 16: 16 mm 평균 입경의 활성탄 첨가 조건; 5N: 활성탄 미첨가 및 pH 5 조건; 5G: 활성탄 첨가 및 pH 5 조건; 12N: 활성탄 미첨가 및 12 g/L 아세트산 조건; 12G: 활성탄 첨가 및 12 g/L 아세트산 조건; GN: 활성탄 미첨가 및 4 g/L 글루코오스 조건; GG: 활성탄 첨가 및 4 g/L 글루코오스 조건). 반면에, 활성탄을 넣지 않거나, pH, 높은 아세트산 농도의 기질하에서는 평균 메탄생성속도가 낮아지지만, 활성탄을 투입하게 되면, 150-200% 메탄생성 저해 현상이 완화된다는 점을 알 수 있다.2a and 2b are graphs showing the average methane production rate (2a) and methane conversion rate (2b) of the inlet substrate for each sample under various conditions. Referring to FIG. 2a, the methane production rate was the highest at about 1.6-1.8 mL-CH 4 /d when activated carbon was added and when glucose was used as a substrate (C: condition without adding activated carbon; 16: 16 mm average particle diameter) Conditions of addition of activated carbon; 5N: No addition of activated carbon and pH 5 conditions; 5G: Addition of activated carbon and conditions of pH 5; 12N: No addition of activated carbon and conditions of 12 g/L acetic acid; 12G: Addition of activated carbon and conditions of 12 g/L acetic acid; GN : no activated carbon and 4 g/L glucose condition; GG: added activated carbon and 4 g/L glucose condition). On the other hand, it can be seen that the average methane production rate is lowered when activated carbon is not added or under a substrate with high pH and acetic acid concentration, but when activated carbon is added, the 150-200% methanogenesis inhibition phenomenon is alleviated.

한편, 유입 기질 대비 메탄 전환율의 경우 (도 2b), 대조군 및 활성탄을 투입한 실험군 모두 약 70%인 반면, pH 5 및 12 g/L 고농도 아세트산 유입 기질의 경우 40-55%로 낮게 나타났다. 이는, 메탄 미생물에 대한 저해 현상 때문인 것으로 판단된다. 또한, 활성탄 투입 여부에 상관없이 전체 메탄 전환율은 비슷한 것으로 나타났으며 (활성탄을 투입하지 않은 경우, 상대적으로 메탄 반응시간이 길어짐), 글루코오스를 기질로 이용한 경우, 활성탄 투입과 상관없이 55-60%의 메탄 전환율을 나타내었다.On the other hand, in the case of the methane conversion rate compared to the inlet substrate (FIG. 2b), both the control group and the experimental group injected with activated carbon were about 70%, whereas the pH 5 and 12 g/L high concentration acetic acid inlet substrate was low at 40-55%. This is believed to be due to the inhibition of methane microorganisms. In addition, the overall methane conversion rate was similar regardless of whether activated carbon was added (when activated carbon was not added, the methane reaction time was relatively long), and when glucose was used as a substrate, it was 55-60% regardless of activated carbon input. The methane conversion rate of

실시예Example 2. 전도성 2. Conductivity 담체가carrier 투입된 committed 회분식batch 혐기성 소화장치에서 전기활성 미생물 사이의 공생관계 구축 Establishment of symbiotic relationship between electroactive microorganisms in anaerobic digestion system

상기 실시예 1에서 담체를 투입한 회분식 혐기성 소화장치 내에 고정된 미생물을 동정하기 위하여, 회분식 메탄 생성 반응이 종료된 후, 2 mL의 벌크용액 (0.5 mL GAC 포함)을 시험튜브에 넣고, 원심분리기를 이용하여 14000 rpm에서 3분간 농축시켰다. 이어서, 분석 키트를 이용하여 DNA를 추출하고, 문헌을 통한 U515f (5'-CTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3', E. coli 서열 중 515번 내지 533번 위치의 핵산 서열들) 및 U1492r (5'-GGYTACCTTGTTACGACTT-3', 1492번 내지 1510번의 핵산 서열들)의 프라이머를 이용하여 PCR 증폭을 수행하였다. 미생물 서열분석을 Mothur 프로그램 및 RDP's Baysian Classifier를 이용하여 수행하였으며, 미생물 분류계통 모식도는 Mega 프로그램을 이용하여 수행하였다.In order to identify microorganisms immobilized in the batch-type anaerobic digestion apparatus into which the carrier was introduced in Example 1, after the batch-type methane production reaction was completed, 2 mL of the bulk solution (including 0.5 mL GAC) was put into a test tube and centrifuged was concentrated for 3 minutes at 14000 rpm. Subsequently, DNA was extracted using an assay kit, and U515f (5'-CTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3', nucleic acid sequences at positions 515 to 533 in the E. coli sequence) and U1492r (5'-GGYTACCTTGTTACGACTT-3') were extracted through the literature. ', nucleic acid sequences from 1492 to 1510) PCR amplification was performed using primers. Microbial sequence analysis was performed using the Mothur program and RDP's Baysian Classifier, and the mimetic diagram of the microbial classification system was performed using the Mega program.

도 3에는 실시예 1에 따른 샘플별 미생물 클로닝 분석 결과를 도시하였다. 도 3을 참조하면, 전체 클론수는 34-42개이며, 전반적으로 Proteobacteia , Bacterioidetes, Firmicutes , Cloacimonetes , Thermotogae , Euryarchaeota 및 기타 미생물 그룹으로 분류됨을 알 수 있다. 그 중에서, ProteobacteiaBetaproteobacteiaDeltaproteobacteia로 분류되고, DeltaproteobacteiaDesulfuromonadaiesSyntrophobacterales로 분류된다. 실험결과 비교군으로서, 접종 슬러지에 대해서도 미생물 군집구조 분석을 실시하였다.3 shows the results of microbial cloning analysis for each sample according to Example 1. Referring to FIG. 3, the total number of clones is 34-42, and it can be seen that they are generally classified into Proteobacteria , Bacterioidetes, Firmicutes , Cloacimonetes , Thermotogae , Euryarchaeota and other microbial groups. Among them, Proteobacteria are classified into Betaproteobacteia and Deltaproteobacteia , and Deltaproteobacteia are classified into Desulfuromonadaies and Syntrophobacterales . As a comparison group of experimental results, microbial community structure analysis was also performed on the inoculated sludge.

도 4에는 실시예 1에 따른 샘플별 미생물 클론 개수를 도시하였다. 도 4를 참조하면, 대조군 샘플 대비, 활성탄을 주입한 샘플 (16)에서 ProteobacteriaThermotogae 미생물군이 증가하고, 상대적으로 군집 구조가 단순, 집중화된다는 사실을 알 수 있다. 마찬가지로, 글루코스를 기질로 투입한 샘플에서도 활성탄을 투입한 샘플에서 ProteobacteriaThermotogae 미생물군이 증가한다는 사실을 알 수 있다. 또한, pH가 낮고 활성탄을 투입한 샘플 (5G)에서 Proteobacteria가 특히, 많이 검출됨을 알 수 있다.4 shows the number of microbial clones for each sample according to Example 1. Referring to FIG. 4 , it can be seen that, compared to the control sample, the microbial communities of Proteobacteria and Thermotogae increased in the sample 16 injected with activated carbon, and the community structure was relatively simple and concentrated. Similarly, it can be seen that the microbial populations of Proteobacteria and Thermotogae increased in samples containing glucose as a substrate and samples containing activated carbon. In addition, it can be seen that a large amount of Proteobacteria was detected in the sample (5G) with low pH and activated carbon.

도 5에는 미생물들 중 Proteobacteria의 샘플별 분포 정도를 도시하였다. ProteobacteriaGamma-, Beta-, Delta-Alpha- proteobacteria로 나뉘는데, 그 중에서 Beta-Delta- proteobacteria가 많이 우점하는 것으로 나타났다. 활성탄이 투입된 샘플 (16, 5G, GG)은 대조군 (C, 5N, GN)에 비해서 Delta-proteobacteria가 많다 (12G, 12N 샘플 제외). 특히, 5G 샘플에는 Delta-proteobacteria가 가장 많이 검출되고, GN 샘플에서는 Beta- proteobacteria가 가장 많이 검출되었다.5 shows the degree of distribution of each sample of Proteobacteria among microorganisms. Proteobacteria are divided into Gamma-, Beta-, Delta- and Alpha- proteobacteria , and among them, Beta- and Delta- proteobacteria appear to be dominant. Samples with activated carbon (16, 5G, GG) had more Delta-proteobacteria than the control group (C, 5N, GN) (except for 12G and 12N samples). In particular, Delta-proteobacteria were most frequently detected in 5G samples, and Beta- proteobacteria were most frequently detected in GN samples.

도 6은 Delta- proteobacteriaGeobacter 종의 클론 수를 샘플별로 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 활성탄을 투입한 모든 샘플들에서만 Geobacter가 검출되었다. 특히, pH를 5로 낮게 유지한 셀에서 가장 많은 종이 검출되었는 바, Geobacter는 대표적인 전기발생미생물로 알려져 있으며, 아세트산 산화를 통해 전극에 전자를 제공할 수 있다. 또한, Geobacter는 전도성을 띠는 섬모를 통해 전자를 직접 받는 타 미생물과의 협력 관계가 가능하다고 보고되고 있다. 관련해서, 활성탄은 생물학적 섬모보다 훨씬 높은 전도성을 나타내므로, 활성탄을 통한 미생물간 전자 전달 기작을 더욱 활성화할 수 있을 것으로 기대된다. 결국, 활성탄을 첨가해주는 경우, 기질 내 메탄 생성 저해물질의 존재에도 불구하고, 전자 직접 전달을 통해서 메탄생성 저해 현상이 완화된다고 판단할 수 있다.6 is a graph showing the number of clones of Geobacter species among Delta- proteobacteria for each sample. Referring to FIG. 6, Geobacter was detected only in all samples in which activated carbon was added. In particular, since the most species were detected in the cell where the pH was maintained as low as 5, Geobacter is known as a representative electrogenic microorganism and can provide electrons to the electrode through acetic acid oxidation. In addition, it has been reported that Geobacter can cooperate with other microorganisms that directly receive electrons through conductive cilia. In this regard, since activated carbon exhibits much higher conductivity than biological cilia, it is expected that the electron transfer mechanism between microorganisms can be further activated through activated carbon. As a result, when activated carbon is added, it can be determined that the methanogenesis inhibition phenomenon is alleviated through direct electron transfer despite the presence of the methanogenesis inhibitor in the substrate.

도 7은 Geobacter 종과 활성탄을 통해 전자를 직접 전달받는 기작을 통해서 메탄을 생성할 수 있는 메탄 후보 균에 대한 분류학적 계통도를 도시하였다. 전반적으로, Methanosarcina 종과 Methanosaeta 종으로 나눌 수 있으며, 활성탄의 주입 여부에 따른 차이는 상대적으로 미미하다. Methanosarcina종의 경우, 수소, 아세트산 외에 전자를 직접 전달받아 이산화탄소를 메탄으로 환원시킬 수 있다고 보고되는 바, Geobacter와 활성탄을 통한 전자 직접 전달이 가능할 것으로 판단된다.7 is Geobacter A taxonomic phylogenetic diagram of methane candidate bacteria capable of producing methane through a mechanism of directly receiving electrons through species and activated carbon is shown. Overall, Methanosarcina species and Methanosaeta It can be divided into species, and the difference according to whether or not activated carbon is injected is relatively insignificant. In the case of Methanosarcina species, it is reported that they can reduce carbon dioxide to methane by directly receiving electrons in addition to hydrogen and acetic acid, and it is judged that direct electron transfer is possible through Geobacter and activated carbon.

실시예Example 3. 3. 회분식batch 혐기성 소화장치에서 전기활성 Electroactivation in anaerobic digestion 바이오매스biomass 증가 increase

전기활성을 나타내는 바이오매스가 활성탄 투입에 따라 우점화 및 활동하는지 여부를 판단하기 위해서, 포텐스탯을 이용한 산화, 환원 반응을 조사하였다. 특히, 활성탄이 투입된 회분식 메탄 생성 셀 내에서 바이오매스를 포함한 20 mL의 벌크용액을 별도의 30 mL 셀에 주입하였다. 이 때, 회분식 메탄 생성 셀 내에서 가스발생이 일어나는 여부를 확인한 후, 벌크 용액을 별도의 전기테스트 셀에 분취하였다. 셀은 3전극을 이용한 단일 챔버 형태로 구성하였다 (두 개의 그라파이트 전극을 각각 작업전극 및 상대전극으로 사용하고, 기준전극은 Ag/AaCl을 이용하였다). 일정전위기 (포텐스탯)를 이용하여 전압을 0.8에서 -0.8 V (vs Ag/AgCl)으로 인가해주면서 발생하는 전류 폭을 기록하였다. 이때, 스캔속도는 50 mV로 하였으며, 전류를 측정하기 전 테스트 셀의 상부 공간을 질소로 5 분 동안 퍼징 (purging)하였다.In order to determine whether electroactive biomass is dominant and active according to the input of activated carbon, oxidation and reduction reactions were investigated using a potentiometer. In particular, 20 mL of a bulk solution including biomass was injected into a separate 30 mL cell in a batch type methane generating cell into which activated carbon was introduced. At this time, after checking whether or not gas was generated in the batch type methane generating cell, the bulk solution was fractionated into a separate electrical test cell. The cell was configured in a single chamber type using three electrodes (two graphite electrodes were used as a working electrode and a counter electrode, respectively, and Ag/AaCl was used as a reference electrode). The current width generated while applying a voltage from 0.8 to -0.8 V (vs Ag/AgCl) using a potentiostat (potenstat) was recorded. At this time, the scan speed was 50 mV, and the upper space of the test cell was purged with nitrogen for 5 minutes before measuring the current.

도 8은 회분식 혐기 소화장치 내에서 전기활성 미생물의 활성에 대한 증거를 제시하기 위한, 3전극 셀을 이용한 산화, 환원반응 측정 장치를 도시한 것이다.8 shows a device for measuring oxidation and reduction reactions using a three-electrode cell to present evidence of the activity of electroactive microorganisms in a batch-type anaerobic digestion system.

도 8을 참조하면, 바이오매스가 작업전극 표면에 부착한 것을 확인한 후, Cyclic voltammograms (CV)을 측정하였다. 바이오매스 존재 하에서의 산화, 환원 반응을 관찰한 후, 전극을 분리하여 증류수를 이용하여 전극 표면의 바이오매스를 제거하였다. 또한, 반응액을 0.45 ㎛의 필터를 이용하여 여과하여 잔존성 바이오매스도 제거하였다. 바이오매스가 제거된 환경 내에서 전극을 재설치하여 동일한 범위대의 전압을 인가하면서 산화, 환원피크를 측정하였다. Referring to FIG. 8, after confirming that biomass adhered to the surface of the working electrode, cyclic voltammograms (CV) were measured. After observing oxidation and reduction reactions in the presence of biomass, the electrode was separated and the biomass on the surface of the electrode was removed using distilled water. In addition, the reaction solution was filtered using a 0.45 μm filter to remove residual biomass. Oxidation and reduction peaks were measured while the electrode was reinstalled in an environment where biomass was removed and a voltage in the same range was applied.

한편, Linear square voltamemtry (LSV)는 한쪽 방향으로 전압을 스캔하면서 환원반응에 대해 세부적으로 고찰하고자 측정하였다. 구체적으로, 500 mL 이중 유리 반응조 상부에 3전극을 설치하고, 바닥에 20% (V/V) 활성탄층 및 바이오매스를 투입하였다. 나머지 부분을 300 mL의 아세트산 기반 기질로 채운 다음, 온도는 35 ℃로 유지하고, 반응조 상부는 5분간 질소로 퍼징하여 혐기 조건을 조성하였다. 아세트산 산화와 관련하여 -0.6에서 0.2 V로 50 mV로 스캔하고, 이산화탄소 환원과 관련하여 -0.8에서 0.6 V로 스캔을 실시하였다.On the other hand, Linear square voltammtry (LSV) was measured to examine the reduction reaction in detail while scanning the voltage in one direction. Specifically, 3 electrodes were installed on the top of a 500 mL double glass reactor, and a 20% (V/V) activated carbon layer and biomass were added to the bottom. The remaining part was filled with 300 mL of acetic acid-based substrate, the temperature was maintained at 35 °C, and the top of the reactor was purged with nitrogen for 5 minutes to create an anaerobic condition. Scans from -0.6 to 0.2 V to 50 mV for acetic acid oxidation and -0.8 to 0.6 V for carbon dioxide reduction were performed.

도 9는 도 8에 도시된 장치를 사용하여 측정한 CV 및 LSV 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, -0.4 V (as Ag/AgCl) 부근에서 발생한 피크는 Geobacter 종이 아세트산을 산화시킨 결과물인 것으로 판단되는 반면, 0 V 부근에서 발생한 피크는 기존에 알려지지 않은 반응이다. 셀 내 및 전극표면에서 바이오매스를 제거한 경우, 발생 전류폭이 감소하고, 피크 또한 검출되지 않았는 바, 이는 전극표면에 부착한 바이오매스가 전기활성을 띠고 있음을 암시한다. 또한, -0.4 V 부근에서 음 전류를 발생시키는 환원피크가 관찰되었는 바, 이는 전기활성을 나타내는 메탄균의 활동 (이산화탄소가 메탄으로 환원되는 반응)을 나타내는 것으로 판단된다.FIG. 9 is a diagram illustrating measurement results of CV and LSV measured using the apparatus shown in FIG. 8 . Referring to FIG. 9, the peak occurring around -0.4 V (as Ag/AgCl) is determined to be the result of the Geobacter species oxidizing acetic acid, whereas the peak occurring around 0 V is a previously unknown reaction. When the biomass was removed from the cell and from the electrode surface, the generated current width decreased and no peak was detected, suggesting that the biomass attached to the electrode surface was electroactive. In addition, a reduction peak generating a negative current was observed at around -0.4 V, which is judged to represent the activity of methane bacteria (reaction in which carbon dioxide is reduced to methane) that exhibits electroactivity.

또한, LSV 결과를 보면, 메탄생성 반응이 진행됨에 따라 양전류 및 음전류가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 반응시간이 경과함에 따라 전극표면의 전기활성생물막의 형성 및 활동에 의한 산화, 환원반응이 증대하였음을 나타낸다.In addition, looking at the LSV results, it can be seen that the positive and negative currents increase as the methanogenesis reaction proceeds. This indicates that oxidation and reduction reactions increased due to the formation and activity of an electroactive biofilm on the electrode surface as the reaction time elapsed.

Claims (15)

혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법에 있어서,
상기 독성 하폐수가 유입된 혐기성 소화조에 전도성 담체를 첨가하는 단계;를 포함하고,
상기 독성 하폐수는 아세트산, 프로피온산, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 독성 물질을 포함하며,
상기 독성 하폐수 1 리터 당 상기 아세트산의 농도는 4 g 내지 12 g이고, 상기 프로피온산의 농도는 0.5 g 내지 2.0 g이며,
상기 독성 하폐수는 pH 5 내지 7을 갖고, 상기 독성 하폐수 1 리터 당 110 mg 내지 150 mg의 암모니아 농도를 가지며,
상기 전도성 담체는 활성탄이고,
상기 전도성 담체의 첨가량은 상기 독성 하폐수 중 건조 슬러지의 건조 중량 1 g 당 0.1 g 내지 0.4 g인 것을 특징으로 하는 혐기성 소화를 기반으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
In the toxic wastewater treatment method based on anaerobic digestion,
Including; adding a conductive carrier to the anaerobic digestion tank into which the toxic wastewater flows,
The toxic wastewater contains a toxic substance selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and mixtures thereof,
The concentration of the acetic acid per liter of the toxic wastewater is 4 g to 12 g, the concentration of the propionic acid is 0.5 g to 2.0 g,
The toxic wastewater has a pH of 5 to 7 and an ammonia concentration of 110 mg to 150 mg per liter of the toxic wastewater,
The conductive carrier is activated carbon,
Toxic wastewater treatment method based on anaerobic digestion, characterized in that the addition amount of the conductive carrier is 0.1 g to 0.4 g per 1 g of dry weight of the dry sludge in the toxic wastewater.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 활성탄은 석탄계 활성탄 또는 야자계 활성탄인 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
According to claim 1,
The activated carbon is a toxic wastewater treatment method, characterized in that coal-based activated carbon or coconut-based activated carbon.
제1항에 있어서,
상기 활성탄의 평균 입경은 0.8 mm 내지 2.2 mm인 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
According to claim 1,
Toxic wastewater treatment method, characterized in that the average particle diameter of the activated carbon is 0.8 mm to 2.2 mm.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전도성 담체의 첨가에 의해서 상기 전도성 담체의 표면에, 상호 공생관계를 구축하는 미생물들이 부착되는 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
According to claim 1,
Toxic wastewater treatment method, characterized in that by the addition of the conductive carrier, microorganisms that build a mutual symbiotic relationship are attached to the surface of the conductive carrier.
제9항에 있어서,
상기 상호 공생관계를 구축하는 미생물들은 지오박터 (Geobacter) 종 미생물 및 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물인 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
According to claim 9,
Toxic wastewater treatment method, characterized in that the microorganisms that establish the mutual symbiotic relationship are Geobacter species microorganisms and Methanosarcina genus microorganisms.
제1항에 있어서,
바이오가스로서 메탄 가스가 생성되며, 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리방법.
According to claim 1,
A method for treating toxic wastewater, characterized in that methane gas is generated as biogas and electric current is generated.
독성 하폐수 및 상기 독성 하폐수를 혐기성 소화시키는 전기활성 미생물을 내부에 수용하는 소화조;
상기 소화조 내부에 배치되고, 표면에 상기 전기활성 미생물이 부착되는 전도성 담체;
소정의 전위가 인가될 때에, 상기 전기활성 미생물 중 상기 독성 하폐수 내의 독성 물질을 산화시켜 전자를 발생시키는 전자발생 미생물이 부착되는 작업전극;
상기 작업전극에서 발생되는 상기 전자가 유입되고, 상기 전기활성 미생물 중 상기 전자를 전달받아 상기 독성 하폐수 내의 이산화탄소를 메탄으로 환원시키는 전자수용 미생물이 부착되는 상대전극;
소정의 기준전위를 유지하는 기준전극; 및
상기 작업전극의 전위 및 상기 기준전위를 일정하게 유지하고, 상기 전자의 흐름인 전류의 크기와 비례하는 상기 전기활성 미생물의 활성 정도를 평가하기 위해, 상기 전류의 크기를 측정하는 일정전위기;를 포함하고,
상기 독성 하폐수는 아세트산, 프로피온산, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 독성 물질을 포함하며,
상기 독성 하폐수 1 리터 당 상기 아세트산의 농도는 4 g 내지 12 g이고, 상기 프로피온산의 농도는 0.5 g 내지 2.0 g이며,
상기 독성 하폐수는 pH 5 내지 7을 갖고, 상기 독성 하폐수 1 리터 당 110 mg 내지 150 mg의 암모니아 농도를 가지며,
상기 전도성 담체는 활성탄이고,
상기 전도성 담체의 첨가량은 상기 독성 하폐수 중 건조 슬러지의 건조 중량 1 g 당 0.1 g 내지 0.4 g인 독성 하폐수 처리장치.
A digestion tank accommodating therein toxic wastewater and electroactive microorganisms that anaerobically digest the toxic wastewater;
a conductive carrier disposed inside the digester and to which the electroactive microorganism is attached to a surface thereof;
a working electrode to which, when a predetermined potential is applied, electron-generating microorganisms generating electrons by oxidizing toxic substances in the toxic wastewater among the electroactive microorganisms are attached;
a counter electrode to which electrons generated from the working electrode are introduced and to which electron-accepting microorganisms that receive the electrons from among the electroactive microorganisms and reduce carbon dioxide in the toxic wastewater to methane are attached;
a reference electrode maintaining a predetermined reference potential; and
A constant potential device that maintains the potential of the working electrode and the reference potential constant and measures the magnitude of the current in order to evaluate the degree of activity of the electroactive microorganisms proportional to the magnitude of the current, which is the flow of electrons. include,
The toxic wastewater contains a toxic substance selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and mixtures thereof,
The concentration of the acetic acid per liter of the toxic wastewater is 4 g to 12 g, the concentration of the propionic acid is 0.5 g to 2.0 g,
The toxic wastewater has a pH of 5 to 7 and an ammonia concentration of 110 mg to 150 mg per liter of the toxic wastewater,
The conductive carrier is activated carbon,
The addition amount of the conductive carrier is 0.1 g to 0.4 g per 1 g of dry weight of the dry sludge in the toxic wastewater treatment device.
제12항에 있어서,
상기 소화조 내부를 퍼징 (purging)하는 퍼징부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리장치.
According to claim 12,
Toxic wastewater treatment apparatus further comprising a purging unit for purging the inside of the digester.
제12항에 있어서,
상기 소화조 내부에 배치되고, 상기 독성 하폐수와 상기 전기활성 미생물을 혼합하는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리장치.
According to claim 12,
Toxic wastewater treatment apparatus further comprising an agitator disposed inside the digester and mixing the toxic wastewater and the electroactive microorganism.
제12항에 있어서,
상기 전자발생 미생물은 지오박터 (Geobacter) 종 미생물이고, 상기 전자수용 미생물은 메타노사르시나 (Methanosarcina) 속 미생물인 것을 특징으로 하는 독성 하폐수 처리장치.
According to claim 12,
Toxic wastewater treatment apparatus, characterized in that the electron generating microorganism is a Geobacter species microorganism, and the electron accepting microorganism is a microorganism of the genus Methanosarcina .
KR1020160030712A 2016-03-15 2016-03-15 Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion KR102529644B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160030712A KR102529644B1 (en) 2016-03-15 2016-03-15 Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160030712A KR102529644B1 (en) 2016-03-15 2016-03-15 Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170107156A KR20170107156A (en) 2017-09-25
KR102529644B1 true KR102529644B1 (en) 2023-05-04

Family

ID=60035109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160030712A KR102529644B1 (en) 2016-03-15 2016-03-15 Method and device for waste water treatment based on anaerobic digestion

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102529644B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108793399A (en) * 2018-06-11 2018-11-13 大连民族大学 External immersion electro-catalysis anaerobic membrane biological reaction device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011062195A (en) * 2009-03-31 2011-03-31 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method for preparing microorganism group-carrying carrier, method for treating substance and method for producing substance by utilizing microorganism

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100994193B1 (en) 2010-08-18 2010-11-12 허관용 An operation method for anaerobic digestion of organic waste by regulating of bicarbonate alkalinity
KR101002386B1 (en) 2010-08-18 2010-12-17 허관용 An operation method for anaerobic digestion of organic waste by regulating of the concentration of ammonium nitrogen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011062195A (en) * 2009-03-31 2011-03-31 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method for preparing microorganism group-carrying carrier, method for treating substance and method for producing substance by utilizing microorganism

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fanghua Liu, Promoting direct interspecies electron transfer with activated carbon, Energy Environ. Sci., 2012,5, 8982-8989, 2012.07.27*
김동현 외 2명, 하수슬러지의 생물전기화학 혐기성소화에 대한 인가전압의 영향, 대한환경공학회지v.37 no.9 , 2015년, pp.542-549*
박경호, 도시하수 슬러지를 이용한 수처리용 활성탄 제조, 부경대학교 산업대학원, 2008*
송영채 외 2명, 생물전기화학장치가 설치된 혐기성 소화조를 이용한 PTA 폐수의 처리특성 평가, 한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집 2014년 추계학술발표회 논문집, 23쪽, 2014.11*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170107156A (en) 2017-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Enhancing methanogenesis from anaerobic digestion of propionate with addition of Fe oxides supported on conductive carbon cloth
Li et al. Regulating secretion of extracellular polymeric substances through dosing magnetite and zerovalent iron nanoparticles to affect anaerobic digestion mode
Barua et al. Enhanced methanogenic co-degradation of propionate and butyrate by anaerobic microbiome enriched on conductive carbon fibers
Xia et al. Power generation and microbial community analysis in microbial fuel cells: a promising system to treat organic acid fermentation wastewater
Lee et al. Enrichment of specific electro-active microorganisms and enhancement of methane production by adding granular activated carbon in anaerobic reactors
Wang et al. Role of biochar in the granulation of anaerobic sludge and improvement of electron transfer characteristics
Yee et al. Extracellular electron uptake by two Methanosarcina species
Kang et al. Recent advances in methanogenesis through direct interspecies electron transfer via conductive materials: A molecular microbiological perspective
Zhao et al. Potential for direct interspecies electron transfer in an electric-anaerobic system to increase methane production from sludge digestion
Batlle-Vilanova et al. Assessment of biotic and abiotic graphite cathodes for hydrogen production in microbial electrolysis cells
Zhang et al. Electricity assisted anaerobic treatment of salinity wastewater and its effects on microbial communities
Ishii et al. Identifying the microbial communities and operational conditions for optimized wastewater treatment in microbial fuel cells
Saheb-Alam et al. Effect of start-up strategies and electrode materials on carbon dioxide reduction on biocathodes
Hari et al. Set anode potentials affect the electron fluxes and microbial community structure in propionate-fed microbial electrolysis cells
Hu et al. Exerting applied voltage promotes microbial activity of marine anammox bacteria for nitrogen removal in saline wastewater treatment
Wang et al. Cascade degradation of organic matters in brewery wastewater using a continuous stirred microbial electrochemical reactor and analysis of microbial communities
Hari et al. Temporal microbial community dynamics in microbial electrolysis cells–influence of acetate and propionate concentration
Zhao et al. New application of ethanol-type fermentation: stimulating methanogenic communities with ethanol to perform direct interspecies electron transfer
Liu et al. Continuous bioelectricity generation with simultaneous sulfide and organics removals in an anaerobic baffled stacking microbial fuel cell
Yan et al. DIET-like mutualism of Geobacter and methanogens at specific electrode potential boosts production of both methane and hydrogen from propionate
Liu et al. Applying potentials to conductive materials impairs High-loading anaerobic digestion performance by affecting direct interspecies electron transfer
Blanchet et al. Comparison of synthetic medium and wastewater used as dilution medium to design scalable microbial anodes: application to food waste treatment
Haavisto et al. Effect of hydraulic retention time on continuous electricity production from xylose in up-flow microbial fuel cell
Lin et al. Temperature-dependent (20–55° C) electrocatalytic characteristics during ethanol/propionate degradation by methanogenic communities grown on conductive carbon fibers
Barua et al. Shaping microbial communities with conductive carbon fibers to enhance methane productivity and kinetics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant