KR20080019975A - Wastewater treatment apparatus using hybrid bio-electrochemical sequencing batch reactor combined a biological reactor and an electrode system - Google Patents

Wastewater treatment apparatus using hybrid bio-electrochemical sequencing batch reactor combined a biological reactor and an electrode system Download PDF

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Abstract

A wastewater treatment apparatus using a hybrid bio-electrochemical biofilm sequencing batch reactor is provided, and a wastewater treatment method for removing organic matters and nitrogen using the wastewater treatment apparatus is provided. A wastewater treatment apparatus(100) comprises: a wastewater tank(10); an intake pump(20) for introducing raw water from the wastewater tank; a hybrid bio-electrochemical biofilm sequencing batch reactor(30) including a cylindrical body(31), an agitator(32) installed at the upper part inside the body to circulate the raw water, an electrode system(33) which is installed at the lower part inside the body and has a titanium electrode and a carbon electrode used as an anode and a stainless steel used as a cathode, and a biological activation tank(34) installed at the middle part inside the body; a recycling pump for circulating the raw water; a discharge pump(50) for discharging wastewater treated through the reactor; a ventilator(60) for flowing air into the reactor; and an air diffuser(70) for circulating the air flowing into the reactor through the ventilator.

Description

생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물―전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치 {Wastewater Treatment Apparatus using Hybrid Bio―Electrochemical Sequencing Batch Reactor combined a biological reactor and an Electrode System}Wastewater Treatment Apparatus using Hybrid Bio--Electrochemical Sequencing Batch Reactor combined a biological reactor and an Electrode System}

도 1은 본 발명에 따른 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치의 모식도를 도시한 것이다. Figure 1 shows a schematic diagram of a wastewater treatment apparatus using a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with a biological activation tank and an electrode system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 사용된 전극의 배치도를 도시한 것이다.Figure 2 shows a layout view of the electrode used in the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 반응기의 운전 모드의 흐름도를 도시한 것이다.3 shows a flowchart of the operating mode of the reactor according to the invention.

도 4는 본 발명에 따른 오폐수 처리장치에서의 MLSS 농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing a change in the concentration of MLSS in the wastewater treatment apparatus according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 오폐수 처리장치에서의 유입수와 유출수의 질소농도의 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a change in nitrogen concentration of the influent and effluent in the wastewater treatment apparatus according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치에서의 CODCr 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.6 is COD Cr in the wastewater treatment apparatus according to the present invention. It is a graph showing the change in concentration.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 폐수탱크 20: 유입 펌프10: wastewater tank 20: inflow pump

30: 반응기 31: 몸체 30: reactor 31: body

32: 교반기 33: 전극시스템 32: stirrer 33: electrode system

34: 생물학적 활성조 40: 재활용 펌프 34: biologically active tank 40: recycling pump

50: 유출 펌프 60: 통풍기 50: outflow pump 60: ventilator

70: 산기관 100: 오폐수 처리장치70: diffuser 100: wastewater treatment device

발명의 분야Field of invention

본 발명은 폐수탱크; 상기 폐수탱크로부터 원수를 유입하는 유입 펌프; 원통형의 몸체; 상기 몸체 내의 상단부에 설치되어 상기 원수를 순환시키는 교반기; 상기 몸체의 하단에 설치되고, 티타늄 및 탄소 전극을 양극으로 이용하고, 스테인리스 스틸을 음극으로 이용하는 전극시스템; 및 상기 몸체의 중간 부분에 설치되는 생물학적 활성조를 포함하는 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기; 상기 원수를 순환시키는 재활용 펌프; 상기 반응기를 통하여 처리된 처리수를 배출하는 유출 펌프; 상기 반응기 내에 공기를 유입하는 통풍기; 및 상기 통풍 기를 통하여 유입되는 공기를 순환시키는 산기관을 포함하는 오폐수 처리장치에 관한 것이다. The present invention is a waste water tank; An inflow pump for introducing raw water from the waste water tank; Cylindrical body; A stirrer installed at an upper end of the body to circulate the raw water; An electrode system installed at a lower end of the body and using titanium and carbon electrodes as an anode and using stainless steel as a cathode; And a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor comprising a biologically activated tank installed in the middle portion of the body. A recycling pump for circulating the raw water; An outflow pump for discharging the treated water through the reactor; A ventilator for introducing air into the reactor; And it relates to a wastewater treatment apparatus comprising an acid pipe for circulating the air introduced through the ventilator.

발명의 배경Background of the Invention

최근 심각해지고 있는 국내 하천 및 호소의 부영양화는 유입된 영양염류가 제거되지 않고 매년 반복 순환되어 조류의 과다발생에 따른 부영양화가 진행되는 것이 호소 수질관리의 큰 문제점으로 대두되고 있다. 점오염원에서 발생되는 영양염류뿐만 아니라, 비점오염원으로 많은 부분을 차지하고 있는 소규모 축사 등의 질소, 인의 처리가 시급한 상태이나 경제적인 측면에서 적절한 처리공법이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 오폐수, 하천, 호소의 고도처리를 위해 제시된 다양한 공정 중 경제적이고 친환경적인 측면에서 생물학적 처리방법이 많은 관심을 두고 연구되고 있으며, 특히, 미생물막을 이용하는 방법이나 미생물을 고정화하여 미생물량을 늘리는 연구들이 이루어지고 있다. 이런 미생물들을 고정화한 생물막 공법들과 연계하여 처리조건들을 조합한 새로운 연속공정, 예를 들면 혐기-호기 연속공정이나 무산소-호기 연속공정 등이 활발히 연구되고 있다. 그러나, 이들 공정은 오폐수의 고도처리에는 적합할 수 있으나, 하천, 호소와 같이 저농도로 존재하지만 조류발생에 지대한 영향을 미치는 질소나 인 제거에 적용하기에는 유기물 등이 충분치 않아 어려움을 겪고 있는 실정이다. A/O나 A2/O와 같은 일반적인 질소제거 공정은 공간적으로 연속적 무산소조(탈질화) 및 호기성조(질산화)를 포함한, 상기 공정은 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 낮은 농도의 생물학적 분해 가능한 유기물을 이용한 호소 및 강물의 처리시 탈질균은 본질적으로 전자 수용체(electron donor)로써 탄소원을 필요로 한다. 이러한 이유로 독립영양 탈질은 외부 탄소원(메탄올, 에탄올, 아세트산 등)의 불필요와 적은 잉여 슬러지의 생산 때문에 최근에 많은 관심을 모으고 있다. 현재, 독립영양 탈질은 이러한 공정에 이용될 수 있을 것으로 보인다. 수소 이용성 탈질 미생물 (Hydrogentrophic)은 수중의 이산화탄소를 탄소원으로 이용하고, 질산염을 아질산염으로 전화시켜 수중에서 수소기체 산화를 이용하여 질소가스로 질소를 제거한다. 상기 공정은 수소가스가 자연적으로 유해 오염물이 아니며, 과잉 투여할 필요가 없어 수중에서 수소의 낮은 용해성으로 뛰어난 반응물을 만드는 것이 가장 큰 장점이다. 그러나 수중에 낮은 농도의 수소가스는 불용해성이나 혹은 물질의 가스상에서 액체상으로 수소가스로의 전환되는 율로 독립영양 탈질비로 조절될 수 있다. 따라서 큰 부피를 가지는 생물학적 반응기는 접촉시간의 증가시키는 것이 완전한 탈질을 이루기 위해서 요구된다. 자연 상태에서 수소가스의 폭발성이 반응기의 운전기간 동안에 안전의 문제를 가져올 수도 있으며, 상기 단점은 종속영양탈질과 비교하여 운전비용 및 초기비용이 높은 문제점이 있다.Recently, the nutrient nutrients in domestic streams and lakes, which are becoming more serious, are repeatedly circulated every year without removing nutrients. Not only nutrients generated from point sources, but also small scale barns, which take up a large portion as nonpoint sources, are urgent to treat nitrogen and phosphorus. Among various processes proposed for advanced treatment of wastewater, rivers, and lakes, biological treatment methods are being studied with great interest, and in particular, studies using microbial membranes or immobilizing microorganisms to increase the amount of microorganisms are made. ought. In connection with biofilm processes immobilized with these microorganisms, new continuous processes combining treatment conditions, such as anaerobic-aerobic or anaerobic-aerobic, are being actively studied. However, these processes may be suitable for the advanced treatment of wastewater, but are present in low concentrations such as rivers and lakes, but suffer from difficulties due to not enough organic matters to be applied to nitrogen or phosphorus removal which have a great effect on algae generation. Typical nitrogen removal processes such as A / O or A2 / O require a lot of time and cost, including spatially continuous anoxic bath (denitrification) and aerobic bath (nitrification). In treating appeals and rivers with low concentrations of biodegradable organics, denitrification essentially requires a carbon source as an electron donor. For this reason, autotrophic denitrification has attracted much attention in recent years because of the need for external carbon sources (methanol, ethanol, acetic acid, etc.) and the production of less excess sludge. Currently, autotrophic denitrification is likely to be used for this process. Hydrogen-soluble denitrification microorganisms (Hydrogentrophic) uses carbon dioxide in the water as a carbon source, nitrate is converted to nitrite to remove nitrogen with nitrogen gas using hydrogen gas oxidation in water. The process has the greatest advantage that hydrogen gas is not naturally a harmful contaminant and does not need to be overdosed to make an excellent reactant with low solubility of hydrogen in water. However, low concentrations of hydrogen gas in water are insoluble or can be controlled by autotrophic denitrification at a rate of conversion of gas from liquid gas to liquid gas. Therefore, a large volume biological reactor is required to increase the contact time to achieve complete denitrification. The explosive nature of hydrogen gas in the natural state may cause a safety problem during the operation of the reactor, the disadvantage is that the operating cost and initial cost is higher than the heterotrophic denitrification.

이에, 본 발명자들은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 연속회분식반응기에 생물학적 활성조 및 전극시스템을 장착하여 유기물 및 질소를 제거하고, 상기 전극시스템에서 발생하는 수소기체를 이용하여 조류의 제거까지 가능한 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to solve the shortcomings of the prior art. As a result, the present invention is equipped with a biological activator and an electrode system in a continuous batch reactor to remove organic matter and nitrogen, and to remove algae The present invention was completed by confirming that removal was possible.

본 발명의 주된 목적은 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다. The main object of the present invention is to provide a wastewater treatment apparatus using a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor.

본 발명의 또다른 목적은 상기 오폐수 처리장치를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 것을 특징으로 하는 오폐수의 처리방법을 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide a method for treating wastewater, which comprises removing organic matter and nitrogen using the wastewater treatment apparatus.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐수탱크; 상기 폐수탱크로부터 원수를 유입하는 유입 펌프; 원통형의 몸체; 상기 몸체 내의 상단부에 설치되어 상기 원수를 순환시키는 교반기; 상기 몸체의 하단에 설치되고, 티타늄 및 탄소 전극을 양극으로 이용하고, 스테인리스 스틸을 음극으로 이용하는 전극시스템; 및 상기 몸체의 중간 부분에 설치되는 생물학적 활성조를 포함하는 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기; 상기 원수를 순환시키는 재활용 펌프; 상기 반응기를 통하여 처리된 처리수를 배출하는 유출 펌프; 상기 반응기 내에 공기를 유입하는 통풍기; 및 상기 통풍기를 통하여 유입되는 공기를 순환시키는 산기관을 포함하는 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a waste water tank; An inflow pump for introducing raw water from the waste water tank; Cylindrical body; A stirrer installed at an upper end of the body to circulate the raw water; An electrode system installed at a lower end of the body and using titanium and carbon electrodes as an anode and using stainless steel as a cathode; And a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor comprising a biologically activated tank installed in the middle portion of the body. A recycling pump for circulating the raw water; An outflow pump for discharging the treated water through the reactor; A ventilator for introducing air into the reactor; And it provides a wastewater treatment apparatus using a hybrid type bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with a biological active tank and an electrode system comprising a diffuser circulating the air flowing through the ventilator.

본 발명에 있어서, 상기 반응기는 A/O 공정, A/O 변형 공정, A/O/A/O 공정으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the reactor may be selected from the group consisting of A / O process, A / O modification process, A / O / A / O process.

본 발명에 있어서, 상기 생물학적 활성조는 로프형태의 생물막 여재를 fix-bed로 이용하고, 담체에 미생물을 고정하여 운전하는 것을 특징으로 하는 것을 특 징으로 할 수 있다. In the present invention, the biologically active tank may be characterized in that the rope-type biofilm media is used as a fix-bed, and the microorganisms are fixed and operated on a carrier.

본 발명은 또한, 상기 오폐수 처리장치를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 것을 특징으로 하는 오폐수의 처리방법을 제공한다. The present invention also provides a method for treating wastewater, which comprises removing organic matter and nitrogen using the wastewater treatment apparatus.

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

본 발명에 따른 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치(100)는 폐수탱크(10); 상기 폐수탱크로부터 원수를 유입하는 유입 펌프(20); 원통형의 몸체(31); 상기 몸체 내의 상단부에 설치되어 상기 원수를 순환시키는 교반기(32); 상기 몸체의 하단에 설치되고, 티타늄 및 탄소 전극을 양극으로 이용하고, 스테인리스 스틸을 음극으로 이용하는 전극시스템(33); 및 상기 몸체의 중간 부분에 설치되는 생물학적 활성조(34)를 포함하는 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기(30); 상기 원수를 순환시키는 재활용 펌프(40); 상기 반응기를 통하여 처리된 처리수를 배출하는 유출 펌프(50); 상기 반응기 내에 공기를 유입하는 통풍기(60); 및 상기 통풍기를 통하여 유입되는 공기를 순환시키는 산기관(70)을 포함한다. Wastewater treatment device 100 using a hybrid type bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with a biological activation tank and an electrode system according to the present invention is a wastewater tank (10); An inflow pump 20 for introducing raw water from the waste water tank; Cylindrical body 31; An agitator 32 installed at an upper end of the body to circulate the raw water; An electrode system (33) installed at the lower end of the body and using titanium and carbon electrodes as the anode and using stainless steel as the cathode; And a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor (30) comprising a biologically active tank (34) installed in the middle portion of the body; A recycling pump 40 circulating the raw water; Outflow pump 50 for discharging the treated water through the reactor; A ventilator 60 for introducing air into the reactor; And an diffuser 70 for circulating air introduced through the ventilator.

상기 유입 펌프를 이용하여 상기 폐수탱크로부터 상기 오폐수 처리장치 내에 원수를 유입하고, 상기 오폐수 처리장치를 통하여 처리된 처리수를 상기 유출 펌프를 통하여 배출하며, 상기 재활용 펌프를 추가로 구비하여 원수를 순환시키며, 상기 원수의 순환은 상기 오폐수 처리장치 내의 혼합 상태를 향상시킨다. Raw water is introduced into the wastewater treatment device from the wastewater tank using the inflow pump, and discharged the treated water treated through the wastewater treatment device through the outflow pump, and further provided with the recycling pump to circulate the raw water. And the circulation of the raw water improves the mixed state in the wastewater treatment apparatus.

본 발명에 따른 반응기 내에 설치된 전극시스템은 한 쌍의 전극은 질산화단 계에서 산소 기체(양극)를 만들기 위해서 사용하고, 다른 한 쌍의 전극은 탄소가 반응기의 전극에서 양극으로 사용할 때 이산화탄소가 산소보다 먼저 형성되므로, 무산소 상태의 탈질 단계에서 수소 기체(음극)를 발생시키기 위해서 사용한다. 상기 전극시스템의 양극은 티타늄 전극 및 탄소 전극을 이용하고, 상기 전극시스템의 음극은 스테인리스 스틸을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 반응기의 중간 부분에 생물학적 활성조를 설치하고, 상기 생물학적 활성조는 로프형태의 생물막 여재를 fix-bed로 이용하고, 반응기 내에 생물막을 형성할 수 있는 담체를 제공하여 담체에 부착하여 자라는 부착성 미생물을 이용하여 유기물의 산화 및 질산화 및 탈질을 도모한다. 이와 같이, 담체에 미생물을 고정하여 운전하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 반응기의 하단부에 침지형 열온기를 추가로 구비하여 상기 반응기 내의 온도를 25 ~ 30℃를 유지한다. In the electrode system installed in the reactor according to the present invention, a pair of electrodes is used to make oxygen gas (anode) in the nitrification stage, and the other pair of electrodes is carbon dioxide than oxygen when carbon is used as the anode at the electrode of the reactor. Since it is formed first, it is used to generate hydrogen gas (cathode) in an anoxic denitrification step. The anode of the electrode system may use a titanium electrode and a carbon electrode, and the cathode of the electrode system may use stainless steel. In addition, a biological activation tank is installed in the middle of the reactor according to the present invention, and the biological activation tank uses a rope-type biofilm media as a fix-bed, and provides a carrier capable of forming a biofilm in the reactor to attach to the carrier. By using adherent microorganisms to grow, it promotes oxidation, nitrification and denitrification of organic matter. As described above, the microorganism is fixed to the carrier and operated. In addition, the lower end of the reactor is further provided with an immersion type thermostat to maintain the temperature in the reactor 25 ~ 30 ℃.

다음으로, 본 발명에 따른 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치의 작동을 살펴보면, 유입, 무산소, 호기조, 침전 및 유출의 싸이클로 이루어진다. 상기 오폐수 처리장치 내에 생물막 여재 및 전극 시스템을 장착하여 유기물 및 질소를 제거하고, 상기 전극 시스템에서 발생한 산소 및 수소를 직접 유기물의 산화, 질산화 및 탈질에 사용되는 전자공여체 및 전자수용체로 사용할 수 있다.Next, looking at the operation of the wastewater treatment apparatus using a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with a biological active tank and an electrode system according to the present invention, it consists of a cycle of inflow, anaerobic, aerobic tank, precipitation and outflow. The biofilm media and electrode system may be installed in the wastewater treatment apparatus to remove organic matter and nitrogen, and oxygen and hydrogen generated in the electrode system may be directly used as electron donors and electron acceptors used for oxidation, nitrification and denitrification of organic matter.

본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 이용하여 수소 이용성 탈질 미생물(hydrogentrophic)을 이용한 탈질이 이루어지도록 하여, 낮은 농도의 유기물과 함 께 존재하는 질소의 제거, 호소 및 하천수 조류의 제거 및 호소수나 강물에 포함되어 있는 조류를 부상시켜 제거한다. 또한, 하천 및 호소수 내에 존재하는 조류는 전극에서 발생하는 기포에 의해서 부상하여 제거하도록 하는데, 반응기 내에 작은 기포로 이루어진 수소가 만들어지므로, 수소가 보다 쉽게 생물학적 반응에 이용될 수 있을 정도로 용해된다. 수중에서 20~40um의 지름을 갖는 수소기체의 기포의 발생으로 이루어질 수 있다. 양극물질(anodic material)이 적당할 때 양극의 표면에서 산소가 부수적으로 발생하는 것으로 알려져 있으며, 몇 개의 쌍으로 이루어진 전극시스템을 이용하여 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기는 질산화 및 수소 이용성 탈질 미생물(hydrogentrophic)을 이용한 탈질이 동시에 실행된다. Denitrification using hydrogen-soluble denitrifying microorganisms (hydrogentrophic) is performed using the wastewater treatment apparatus according to the present invention to remove nitrogen present with low concentrations of organic matter, to remove lakes and river water algae, and to include lake water or river water. Injured algae are removed. In addition, algae present in rivers and lakes are allowed to float and be removed by bubbles generated from the electrodes, and hydrogen is made up of small bubbles in the reactor, so that hydrogen is dissolved to a degree that can be readily used for biological reactions. It can be made by the generation of bubbles of hydrogen gas having a diameter of 20 ~ 40um in water. It is known that oxygen is incidentally generated at the surface of the anode when the anode material is suitable. The bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor using several pairs of electrode systems is used for nitrification and hydrogen-soluble denitrification microorganisms. Denitrification using hydrogentrophic is performed simultaneously.

본 발명에 따른 오폐수 처리장치 내에 설치된 반응기의 공정은 A/O 공정, A/O 변형 공정 및 A/O/A/O 공정으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. The process of the reactor installed in the wastewater treatment apparatus according to the present invention may be selected from the group consisting of an A / O process, an A / O transformation process and an A / O / A / O process.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않을 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention will not be construed as being limited by these examples.

실시예Example 1: 실험 장치 제작 1: fabrication of experimental equipment

(1) 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치의 구성(1) Construction of wastewater treatment system using hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with biological activation tank and electrode system

생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기(Bio-Electrochemical Biofilm Sequencing Batch Reactor: BESBR)를 lab-scale로 제작하였으며, 상기 반응기는 도 1에 도시한 바와 같이, 원통형 모양의 아크릴로 제작하였다. 시제품으로 제작된 반응기의 총체적은 21L이며, 운전 체적은 19L이다. Bio-Electrochemical Biofilm Sequencing Batch Reactor (BESBR) was manufactured on a lab-scale, and the reactor was made of acryl having a cylindrical shape, as shown in FIG. 1. The prototype reactor produced a total volume of 21L and an operating volume of 19L.

실험장치의 구성은 상기 반응기 중간 부분(8.4L)에 Fixed-bed media가 부착된 생물학적 활성조를 설치하였으며, 상기 생물학적 활성조를 제외한 나머지 운전체적(10.6 L)에는 반응기를 상·하단으로 나누어, 상기 반응기의 상단에는 교반기, 산기관, lever-sensor 및 online sensor 측정 장치를 설치하였다. The experimental device was configured with a biologically activated tank having fixed-bed media attached to the middle portion (8.4L) of the reactor, and the reactor was divided into upper and lower portions in the remaining operating volume (10.6 L) except for the biologically active tank. On the top of the reactor was installed a stirrer, diffuser, lever-sensor and online sensor measuring device.

상기 반응기 하단에는 도 2에 도시한 바와 같이, 두 쌍의 전극(금속-금속, 탄소전극-금속)을 설치하였다. 또한, 전극들을 수차례 테스트하여, 최적의 성능을 지닌 티타늄전극과 탄소전극을 선택하였고, 선택된 12개의 티타늄(Titanium anode) 양성 전극(호기성조)과 6개의 탄소(Carbon anode) 양성 전극(무산소조)을 다른 20개의 스테인리스 스틸(Stainless steel cathode) 음성 전극과 함께 설치하였다. 각 전극의 크기는 30(높이)×50(넓이)×0.5(두께)이며, 양극의 유효면적은 15㎠, 음극의 유효면적은 30㎠이다. 한 쌍의 전극은 질산화단계에서 산소 기체(양극)를 만들기 위해서 사용되고, 다른 한 쌍의 전극은 탄소가 반응기의 전극에서 양극으로 사용될 때, 이산화탄소가 산소보다 먼저 형성되므로 무산소 상태의 탈질 단계에서 수소 기체(음극)를 발생시키기 위해서 사용되었다.At the bottom of the reactor, as shown in Figure 2, two pairs of electrodes (metal-metal, carbon electrode-metal) were installed. In addition, the electrode was tested several times to select the titanium electrode and the carbon electrode having the best performance, and the selected 12 titanium anode positive electrode (aerobic bath) and 6 carbon anode positive electrode (anoxic bath) were selected. Was installed with the other 20 stainless steel cathode negative electrodes. The size of each electrode is 30 (height) x 50 (width) x 0.5 (thickness), and the effective area of the anode is 15 cm 2 and the effective area of the cathode is 30 cm 2. One pair of electrodes is used to make oxygen gas (anode) in the nitrification step, and the other pair of electrodes is hydrogen gas in the anoxic denitrification step because carbon dioxide is formed before oxygen when carbon is used as anode in the electrode of the reactor. It was used to generate (cathode).

또한, 본 발명에 따른 반응기의 중간 부분에 생물학적 활성조를 설치하고, 상기 생물학적 활성조는 생물막 형성을 위하여 실모양의 로프형태 media를 Fix-bed 로 이용하였다. Y모양의 Media는 나이론 BCF(Bulky contiuous Filamentous)의 수많은 가는 실(multi-filaments)과 단일 실(mono-filaments)로 이루어져 있으며 대한민국 서울의 효성 BCPLUS제품을 사용하였다. 실험에 사용한 Media의 성상은 길이당 표면적(surface area per unit length) 1 ㎡/m, 너비(width) 30~40mm, 공극율(void fraction) 95%이다. Y형 모양의 BCF Media는 미생물의 부착이 안정적으로 유지되어 있는 형태이므로, 부착된 미생물이 airflow와 반응기 내부의 물의 순환에 쉽게 영향을 받지 않는다. 28개의 Media rope(길이:220 mm)는 스테인리스 스틸재질의 구조에 부착되어 반응기의 중간부분에 설치되었으며, 반응기의 Media의 총 표면적은 6.2 ㎡이다.In addition, a biologically active tank was installed in the middle of the reactor according to the present invention, and the biologically active tank was used as a fix-bed of a rope-shaped media in the form of a biofilm. Y-shaped media consists of numerous multi-filaments and mono-filaments of nylon condensed filamentous (BCF) and used Hyosung BC PLUS products in Seoul, Korea. The media used in the experiments had a surface area per unit length of 1 m2 / m, a width of 30 to 40 mm, and a void fraction of 95%. Since Y-shaped BCF media is a form in which microorganisms are stably maintained, the attached microorganisms are not easily affected by airflow and water circulation in the reactor. 28 media ropes (length: 220 mm) were attached to the stainless steel structure and installed in the middle of the reactor. The total surface area of the reactor media was 6.2 m2.

정량 펌프를 이용하여 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기에 원수를 직접 유입해주었으며, 처리된 유출수를 외부로 배출시켰다. 순환은 반응기 내의 혼합 상태를 향상시키기 위해서 적용되었으며, 결과적으로 운전기간 동안 65 ml/min의 유속으로 재순환하였다. 종래의 연속운전모드와 생물전기화학적 운전모드의 공기 공급량은 2L/min으로 유지하였다. 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 전기적 조절 장치에 의해서 운전주기 시간을 자동적으로 조절하였다. Raw water was introduced directly into the bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor using a metering pump, and the treated effluent was discharged to the outside. The circulation was applied to improve the mixing in the reactor and consequently was recycled at a flow rate of 65 ml / min during the run. The air supply in the conventional continuous operation mode and the bioelectrochemical operation mode was maintained at 2 L / min. Wastewater treatment apparatus according to the present invention automatically adjusted the driving cycle time by the electrical control device.

도 3은 본 발명에 따른 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기의 운전 모드의 흐름도를 도시한 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 연속회분식 반응기(Sequenct Batch Reactor)의 한 사이클 동안의 운전모식도이다. 한 사이클 동안에 유입(feeding), 무산소조(anoxic), 호기조(oxic), 침전(sedimentation) 및유출 (draw phase)이 이루어졌다. 상기 무산소조와 호기조는 HRT에 따라 변화되었으며, 다른 반응시간은 일정하게 유지하였다. 유출된 체적 비율은 운전 체적에 대해 0.11이며, 매 회 사이클 주기 동안에 반응기에 2L의 원수가 유입되었다. 반응기의 온도는 하단부분에 침지형 열온기를 사용하여 25 ~ 30℃를 유지하였다. 3 is a flow chart of the operation mode of the bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor according to the present invention, and as shown in FIG. 3, it is a schematic diagram of one operation of a conventional batch batch reactor (Sequenct Batch Reactor). . Feeding, anoxic, aoxic, sedimentation and draw phases were achieved during one cycle. The anoxic tank and the aerobic tank were changed according to HRT, and the other reaction time was kept constant. The outflow volume ratio was 0.11 relative to the operating volume and 2 liters of raw water was introduced into the reactor during each cycle cycle. The temperature of the reactor was maintained at 25 to 30 ° C. using an immersion type hot water heater at the bottom portion.

생물막 형성을 위해서 경안 하수처리장의 반송 활성슬러지를 이용하여 식종하였으며, 상기 반응기 내에서 biomass의 안정화와 biofilm 형성을 위해 인공폐수를 이용하여 회분식으로 일주일간 반응기를 운전하였다. 초기의 biomass 농도는 5500mg MLSS/L이며, 인공폐수의 조성은 Glucose, 100 mg CODCr/l ; (NH4)2SO4, 75 mg N/l; Glutamate, 0.15 g/l; NaCl, 0.015 g/l; CaCl2.2H2O, 0.006 g/l; MgSO4.7H2O, 0.0051 g/l; and pH buffer solution (solution B) (KH2PO4, 0.0021 g/l; K2HPO4, 0.009 g/l; Na2CO3, 0.09 g/l; NaHCO3, 0.09 g/l)이다.In order to form a biofilm, seeding was carried out using a return activated sludge of the Kyungan sewage treatment plant, and the reactor was operated for one week by using artificial wastewater to stabilize biomass and form biofilm in the reactor. The initial biomass concentration is 5500 mg MLSS / L, and the composition of artificial wastewater is Glucose, 100 mg COD Cr / l; (NH 4 ) 2 SO 4 , 75 mg N / l; Glutamate, 0.15 g / l; NaCl, 0.015 g / l; CaCl 2 H 2 O, 0.006 g / l; MgSO 4 .7H 2 O, 0.0051 g / l; and pH buffer solution (solution B) (KH 2 PO 4 , 0.0021 g / l; K 2 HPO 4 , 0.009 g / l; Na 2 CO 3 , 0.09 g / l; NaHCO 3 , 0.09 g / l).

(2) 유입폐수의 성상(2) Characteristics of influent wastewater

유입폐수는 경기도 이천시 하수처리장 내의 처리시스템의 유입수에서 채취하였고, 실험에 사용하기 전까지 4℃ 냉장고에 보관하였다. 본 발명에 따른 오폐수 처리장치로의 유입수는 채취한 폐수를 수돗물로 10배 희석하여 사용하였다. 유입수 성상은 [표 1]에 나타내었다. The influent wastewater was collected from the influent of the treatment system in Icheon-si sewage treatment plant in Gyeonggi-do and stored in 4 ℃ refrigerator until it was used for the experiment. The influent into the wastewater treatment apparatus according to the present invention was used by diluting the collected wastewater 10 times with tap water. Influent properties are shown in [Table 1].

유입수의 성상Influent Characteristics ItemsItems Average valueAverage value Minimum valueMinimum value Maximum valueMaximum value UnitUnit pHpH 8.388.38 8.028.02 8.58.5 -- AlkalinityAlkalinity 12431243 830830 15451545 mg/Lmg / L SCODCr SCOD Cr 875875 467467 15001500 mg/Lmg / L TCODDCr TCODD Cr 12741274 876876 21402140 mg/Lmg / L NH4 +-NNH 4 + -N 255255 130130 378378 mg/Lmg / L NOx --NNO x -- N 1.21.2 00 2.02.0 mg/Lmg / L

실시예Example 2: 실험결과 2: test result

(1) 미생물 농도의 변화 (1) change of microbial concentration

도 4는 본 발명에 따른 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기에서의 MLSS 농도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 생물막 형성을 위한 회분식 운전 동안 용존 고형물(Suspended solid) 농도는 처음 4일 , 5500 mg/l에서 약 3000 mg/l 까지 급속하게 감소하였다. 이것은 표면적이 크고 실 모양 형태의 BCPLUS media(일반적으로 실제공정에 사용되는 기존 media보다 대략 7배 이상)는 많은 양의 biomass가 담체에 빠르게 부착되고, 유지되는 장점이 있다. 다음 3일 동안, 반응기 내의 MLSS농도 변화는 거의 관찰되지 않았는데, 이는 1주일 후에 최대용량의 담체에 고정된 biomass가 성공적으로 부착된 것이다. 운전 7일에 용존된 biomass는 반응기의 MLSS 농도로부터 완전하게 제거되었으며, 다음 17일 동안에(운전 25일까지) MLSS농도는 여전히 낮게 유지되었다(10±2 mg/l). 반응기 운전 2주 후에는, MLSS의 농도가 천천히 증가하여 70 mg/l이 되었는데, 이는 유입수의 난분해성 입자들의 축적과 반응기 내의 용존된 성장 미생물 때문인 것으로 사료된다. 운전 60일 후, 이전기간보다 MLSS 농도의 증가율이 높아졌고 최종 약 3000 mg/L MLSS 농도가 운전 마지막 기간 동안 관찰되었다. Figure 4 shows a graph showing the change in MLSS concentration in the bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor according to the present invention, the dissolved solids concentration during the batch operation for biofilm formation was the first 4 days, 5500 mg It rapidly decreased from / l to about 3000 mg / l. This has the advantage that the large surface area and the yarn-shaped BC PLUS media (generally about 7 times more than the conventional media used in actual process) can quickly attach and maintain a large amount of biomass to the carrier. During the next three days, little change in the MLSS concentration in the reactor was observed, which successfully attached the biomass immobilized on the carrier at maximum capacity after one week. The dissolved biomass at day 7 was completely removed from the reactor's MLSS concentration, and for the next 17 days (until day 25), the MLSS concentration remained low (10 ± 2 mg / l). After two weeks of reactor operation, the concentration of MLSS slowly increased to 70 mg / l, presumably due to the accumulation of insoluble hardly degradable particles and the dissolved growth microorganisms in the reactor. After 60 days of operation, the rate of increase in MLSS concentration was higher than in the previous period and a final about 3000 mg / L MLSS concentration was observed during the last period of operation.

(2) 질소 및 유기물의 변화 (2) change of nitrogen and organic matter

도 5는 본 발명에 따른 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기에서의 유입수와 유출수의 질소농도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 실험의 초기부터 질산화 과정을 관찰할 수 있다. 이는 미생물 식종기간 동안 NH4 +-N과 NOX --N 농도의 감소로 설명할 수 있으며, 약 80% 의 NH4 +-N가 운전기간 6일에 질산화되는 것이다. 아질산성 질소(NO2 --N)의 축적에 의한 질산화 저해 현상이 운전 초기 4일 동안 관찰되었으나. 2일 후부터는 발견되지 않았다. 질산성 질소(NO3 --N)의 농도는 회분식의 운전 기간 동안 꾸준히 증가하였고, 운전 6일째 초기 인공폐수의 NH4 +-N 농도에 상당하는 약 72mg N/l을 나타내었다. 이것은 질산화미생물(ammonium oxidivzing bacteria, AOB; nitrite oxidizing bacteria, NOB)이 반응기에 충분히 순응되었다는 것을 나타낸다. 운전 8일째, 연속 운전 상태로 시작하였고, 반응기에 희석된 폐수를 주입하였으며, 운전 8일과 17일 사이에, 반응기는 9.5일의 HRT로 운전한 결과, 매우 높은 질산화율이 성공적으로 이루어졌고, 유출수의 낮은 암모니아성 질소 농도와 유입수의 NH4 +-N농도와 질산성 질소농도의 비슷한 제거율이 나타났다. 이는 질산화균이 희석된 폐수 성상에 대해 충격부하를 갖지 않았다는 것을 보여 주는 것으로 질산화 효율은 HRT가 2배 감소된(9.5일 HRT에서 4.25HRT) 다음 일주일 동안은 일정하게 99.5%를 유지하였다. 운전 17일에 총무기성 질소부하량이 0.04 kg N/㎥/d ~ 0.07 kg N/㎥/d까지 증가하였으며, 이는 생물막에 의한 질산화균의 질산화 활성이 HRT의 감소에 영향을 받지 않는다는 것을 나타낸다. 또한 유출수의 아질산성 질소농도가 거의 유출되지 않았으며, 연속적인 운전 기간의 초기 16일 동안에 완벽하게 암모니아성 질소가 질산성 질소로 산화가 일어났음을 나타낸다. 운전기간 24일에 새로운 폐수를 채취하였으며, 이전 폐수와 비교해서 높은 암모니아성 질소(2배)를 포함하며, TIN부하량이 증가하여 0.16 kg N/㎥/d 나타내었다. 새로운 유입수를 교체된 2일 후에, 유출수의 암모니아성 질소는 50 mg/l로 증가하였으나, 이는 점차 감소하여 운전기간 37일에는 낮은 농도의 암모니아성 질소의 농도(2 mg/l)를 유지하여 90%의 질산화 효율이 이루어졌는데, 이는 생물막의 암모니아 산화균의 활성이 TIN부하량의 증가와 함께 빠르게 이루어짐을 나타낸다. 운전 기간 동안 NOx --N의 경우, 질산성 질소의 농도가 새로운 유입수 교체 일주일 후(반응기 운전 27~40일)에 갑자기 약 5 mg/l로 감소되었으며, 결론적으로 다음 한 주 동안 약 16 mg/l를 유지하였다. 그러나 반응기 운전 30일에 유출수의 아질산성 질소가 축적되었고, 100 mgNO2 --N/l을 나타내었다. 이는 질산화의 효율이 언급된 기간 동안에 변화되지 않았기 때문이며 불완전한 질산화(암모니아성 질소가 아질산성 질소로만 전화된 형태)가 반응기 내에서 일어난 것으로 사료된다. 5 is a graph showing a change in nitrogen concentration of the influent and the effluent in the bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor according to the present invention, the nitrification process can be observed from the beginning of the experiment. This can be explained by the reduction of NH 4 + -N and NO X -- N concentrations during microbial planting, with approximately 80% of NH 4 + -N being nitrified in 6 days of operation. Inhibition of nitrification by accumulation of nitrite nitrogen (NO 2 -- N) was observed during the first four days of operation. It was not found after two days. The concentration of nitrate nitrogen (NO 3 -- N) steadily increased during the batch run period and showed about 72 mg N / l corresponding to the NH 4 + -N concentration of the initial artificial wastewater on day 6 of the run. This indicates that ammonium oxidivzing bacteria (AOB; nitrite oxidizing bacteria (NOB)) have been fully acclimated to the reactor. On the eighth day of operation, starting with continuous operation, diluting the wastewater into the reactor, and between 8 and 17 days of operation, the reactor was operated with 9.5 days of HRT, resulting in a very high nitrification rate and Low ammonia nitrogen concentrations and similar removal rates of influent NH 4 + -N concentrations and nitrate nitrogen concentrations were observed. This shows that the nitrifiers did not have an impact load on the dilute wastewater properties. The nitrification efficiency remained constant at 99.5% for the next week after the HRT was reduced by 2 times (4.25 HRT at 9.5 days HRT). On the 17th day of operation, the total inorganic nitrogen load increased from 0.04 kg N / m3 / d to 0.07 kg N / m3 / d, indicating that the nitrifying activity of nitrifying bacteria by biofilm was not affected by the reduction of HRT. Also, almost no nitrite nitrogen concentrations in the effluent occurred, indicating that ammonia nitrogen was completely oxidized to nitrate nitrogen during the first 16 days of continuous operation. At 24 days of operation, new wastewater was collected, containing higher ammonia nitrogen (2 times) than the previous wastewater, and the TIN load increased to 0.16 kg N / m3 / d. Two days after the replacement of the new influent, the ammonia nitrogen in the effluent increased to 50 mg / l, but gradually decreased, maintaining a low concentration of ammonia nitrogen (2 mg / l) at 90 days of operation. Nitrification efficiency of% was achieved, indicating that the activity of the ammonia oxidizing bacteria of the biofilm is fast with increasing TIN load. In the case of NO x -- N during the operation period, the concentration of nitrate nitrogen suddenly decreased to about 5 mg / l one week after the new influent changeover (27-40 days of reactor operation), consequently approximately 16 mg during the next week. / l was maintained. However, nitrite nitrogen in the effluent was accumulated at 30 days of reactor operation and showed 100 mgNO 2 -- N / l. This is because the efficiency of nitrification did not change during the period mentioned, and incomplete nitrification (a form in which ammonia nitrogen was converted only to nitrite nitrogen) occurred in the reactor.

생물학적 질산화는 각각 AOB와 NOB의 질산화균을 이용하여 암모니아성 질소가 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소로 연속적인 산화과정을 거치게 된다. 아질산성 질소 산화균은 일반적으로 free 암모니아성 질소(0.1~10 mg N/l)와 용존 산소농도의 제한성, HNO2(0.22~0.8 mg N/l)에 영향을 받는 것으로 알려져 있는데, 이는 암모늄 산화와 아질산성 산화에 다른 산소포화계수(각각0.16 mg/l, 0.54 mg/l)가 필요하기 때문이다. 그러므로 낮은 용존산소는 아실산성 질소 산화에 제한적으로 일어날 수 있다. 27일부터 41일 사이에 생물막에서 불완전한 질산화는 대부분 용존산소의 제한에 기인한다. 또한, 이 기간의 TCOD 부하의 증가 때문에 생물막의 외부층에서 종속영양의 박테리아의 급격한 증가를 가져오며, 독립영양의 질산화균이 위치한 생물막의 내부층에 DO 농도를 감소시킬 수 있다. pH는 중성이고, 이는 평균 HNO3 농도가 낮다고 추측할 수 있으며, HNO3는 아질산염의 축적과 상응하지 않는다고 결론내릴 수 있다. 41일부터 97일 사이에, 유출수의 아질산염은 대부분 10mg/L 이하의 농도로 축적되며 반면에 질산염 농도는 점차적으로 증가하며 항상 약 100mg/L이다. 이는 반응기 시스템에서 AOB와 NOB사이에 수 또는 활동성의 평형을 회복하는 것을 가능하게 한다. 99일째 포기장치의 고장으로 암모늄과 아질산염의 축적 데이터에 주의를 해야 한다. 포기장치의 고장으로 반응기 내에 낮은 DO 농도가 유발되었다. 포기율을 다시 유지한 후, 암모늄, 아질산염 그리고 질산염의 경향은 이전과 동일해졌다. 111일째, 반응기의 종전에 사용된 운전 방식을 생물전기화학 연속 회분 방식으로 바꾸고 적용 밀도 흐름은 각각 무산소조 15A/㎡, 호기조 7.5A/㎡이다. 질산화율이 이전과 동일할 때, 유출수의 질산염 농도는 약 50mg/L까지 감소한다. 반응기에서 전극을 이용함으로써 탈질화는 영향을 받는 것으로 보인다. 이는 반응기 내에 수소 이용성 탈질미생물 (hydrogentrophic)이 존재할 때 양극에서 생성된 H2가스를 이용하여 질산염이 감소되며 질산 가스로 독립영양적으로 환원시킬 수 있음을 암시한다. Biological nitrification involves the continuous oxidation of ammonia nitrogen through nitrite nitrogen to nitrate nitrogen using AOB and NOB nitrifying bacteria, respectively. Nitrous acid nitrogen oxides are generally known to be affected by free ammonia nitrogen (0.1-10 mg N / l) and the limitation of dissolved oxygen concentration, HNO 2 (0.22 to 0.8 mg N / l), which is ammonium oxidation. Different oxygen saturation factors (0.16 mg / l and 0.54 mg / l, respectively) are required for nitrous acid and nitrite oxidation. Therefore, low dissolved oxygen can occur with limited acyl acid nitrogen oxidation. Incomplete nitrification in the biofilm between 27 and 41 days is largely due to the limitation of dissolved oxygen. In addition, an increase in TCOD loading during this period results in a rapid increase in heterotrophic bacteria in the outer layer of the biofilm and a decrease in DO concentration in the inner layer of the biofilm in which the autotrophic nitrifier is located. The pH is neutral and it can be assumed that the average HNO 3 concentration is low, and it can be concluded that HNO 3 does not correspond to the accumulation of nitrite. Between 41 and 97 days, nitrites in the effluent mostly accumulate at concentrations below 10 mg / L, whereas nitrate concentrations gradually increase and are always about 100 mg / L. This makes it possible to restore water or activity equilibrium between AOB and NOB in the reactor system. Attention should be paid to the accumulation data of ammonium and nitrite due to the failure of the aeration device on day 99. Failure of the aeration device caused low DO concentration in the reactor. After maintaining the aeration rate, the trends for ammonium, nitrite and nitrate remained the same. On day 111, the previously used operating mode of the reactor was changed to a bioelectrochemical continuous batch method, and the application density flows were 15 A / m 2 and an aerobic tank 7.5 A / m 2, respectively. When the nitrification rate is the same as before, the nitrate concentration in the effluent is reduced to about 50 mg / L. Denitrification appears to be affected by using electrodes in the reactor. This suggests that nitrates can be reduced and autotrophically reduced to nitric acid using the H 2 gas produced at the anode when hydrogen soluble hydrogenotrophic microorganisms are present in the reactor.

도 6은 본 발명에 따른 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기의 CODCr 농도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 이는 유입수에 포함된 생물학적 분해 가능한 유기물이 산화되어 실험 마지막 기간 동안에 약 90%의 제거 효율을 보여주며, TCODcr 부하량은 약 1.15 kg/㎥/d로 계산되었다. 유출수의 CODcr 성분은 축산폐수 속에 포함된 난분해성 유기물에 상응하는 값이 측정되는 것으로 사료된다.Figure 6 shows a graph showing the change in the COD Cr concentration of the bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor according to the present invention, which is about 90% removal of the biodegradable organic matter contained in the influent to the end of the experiment The efficiency was shown, and the TCOD cr loading was calculated to be about 1.15 kg / m 3 / d. COD cr of runoff It is considered that the value of the component corresponds to the hardly degradable organic matter contained in the livestock wastewater.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. The specific parts of the present invention have been described in detail above, and for those skilled in the art, these specific descriptions are merely preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 오폐수 처리장치 내에 생물학적 활성조 및 전극시스템을 포함하는 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 설치하여 운전과 유지관리가 용이한 효과가 있으며, 상기 반응기 내에서 작은 기포로 구성되는 수소가 생성되어 충분히 용해됨으로써, 보다 쉽게 생물학적 반응에 이용될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 전극시스템에서 발생하는 산소 및 수소를 직접 유기물의 산화, 질산화 및 탈질에 사용되는 전자공여체 및 전자수용체로 사용하여 유기물 및 질소를 제거하는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has the effect of easy operation and maintenance by installing a bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor including a biologically active tank and an electrode system in the wastewater treatment apparatus, Hydrogen consisting of bubbles is generated and sufficiently dissolved, so that it can be more easily used for biological reactions. In addition, oxygen and hydrogen generated in the electrode system are directly used as electron donors and electron acceptors used for oxidizing, nitrifying and denitrifying organic substances, thereby removing organic substances and nitrogen.

Claims (4)

폐수탱크;Waste water tank; 상기 폐수탱크로부터 원수를 유입하는 유입 펌프; An inflow pump for introducing raw water from the waste water tank; 원통형의 몸체; 상기 몸체 내의 상단부에 설치되어 상기 원수를 순환시키는 교반기; 상기 몸체의 하단에 설치되고, 티타늄 및 탄소 전극을 양극으로 이용하고, 스테인리스 스틸을 음극으로 이용하는 전극시스템; 및 상기 몸체의 중간 부분에 설치되는 생물학적 활성조를 포함하는 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기;Cylindrical body; A stirrer installed at an upper end of the body to circulate the raw water; An electrode system installed at a lower end of the body and using titanium and carbon electrodes as an anode and using stainless steel as a cathode; And a hybrid bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor comprising a biologically activated tank installed in the middle portion of the body. 상기 원수를 순환시키는 재활용 펌프; A recycling pump for circulating the raw water; 상기 반응기를 통하여 처리된 처리수를 배출하는 유출 펌프; An outflow pump for discharging the treated water through the reactor; 상기 반응기 내에 공기를 유입하는 통풍기; 및A ventilator for introducing air into the reactor; And 상기 통풍기를 통하여 유입되는 공기를 순환시키는 산기관을 포함하는 생물학적 활성조 및 전극시스템이 결합된 하이브리드형 생물-전기화학적 생물막 연속회분식 반응기를 이용한 오폐수 처리장치.Wastewater treatment apparatus using a hybrid type bio-electrochemical biofilm continuous batch reactor combined with a biological activation tank and an electrode system including an acid pipe for circulating the air flowing through the ventilator. 제1항에 있어서, 상기 반응기의 공정은 A/O 공정, A/O 변형 공정 및 A/O/A/O 공정으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.The wastewater treatment apparatus of claim 1, wherein the reactor process is selected from the group consisting of an A / O process, an A / O transformation process, and an A / O / A / O process. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 활성조는 로프형태의 생물막 여재를 이용하고, 담체에 미생물을 고정하여 운전하는 것을 특징으로 하는 것을 오폐수 처리장치.The wastewater treatment apparatus according to claim 1, wherein the biologically activated tank is operated by fixing microorganisms to a carrier using a rope-type biofilm media. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 오폐수 처리장치를 이용하여 유기물 및 질소를 제거하는 것을 특징으로 하는 오폐수의 처리방법.A method for treating wastewater, comprising removing organic matter and nitrogen using the wastewater treatment apparatus of any one of claims 1 to 3.
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