KR20150094264A - 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법 - Google Patents

미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법 Download PDF

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KR20150094264A KR1020140015332A KR20140015332A KR20150094264A KR 20150094264 A KR20150094264 A KR 20150094264A KR 1020140015332 A KR1020140015332 A KR 1020140015332A KR 20140015332 A KR20140015332 A KR 20140015332A KR 20150094264 A KR20150094264 A KR 20150094264A
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Abstract

본 발명은 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법에 관한 것으로서, 미생물연료전지의 산화반응조로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1); 상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 분리막반응조(MBR)로 공급하여 하폐수 내의 유기물 제거 및 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 단계(단계 2); 상기 질산성 질소가 포함된 하폐수를 탈산소조로 공급하여 상기 하폐수에 포함된 용존산소를 저감시키는 단계(단계 3); 및 상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조로 공급하여 환원전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 4); 를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 내부에 메디아(Media)가 구비된 탈산소조를 이용하여 용존산소를 저감시킴으로 질소의 처리효율을 높인 장점이 있으며, 산화전극 및 환원전극을 격자모양으로 형성하여 전극면적 및 분리막 면적을 매우 크게 함으로 미생물연료전지의 효율을 향상시켰으며, 스택킹(stacking)이 용이한 구조로 설치되어 부지면적 축소 및 운영관리가 용이한 장점이 있다.

Description

미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법{Method for wastewater treatment that simultaneous removal of organic matter and nitrogen in wastewater using microbial fuel cell}
본 발명은 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수 처리시 유기물 뿐만 아니라 질소를 동시에 제거할 수 있으며, 질산화를 위한 분리막조의 높은 용존산소를 저감시켜 환원전극부로 이송시킴으로 질소의 처리효율을 높일 수 있는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법에 관한 것이다.
미생물연료전지(microbial fuel cell, MFC)는 박테리아의 대사에너지를 이용하여 전기를 생성하는데, 폐기물을 포함한 모든 유기물질은 박테리아의 먹이가 될 수 있기 때문에 연료전지의 동력에 이용될 수 있다. 대체에너지 기술의 하나로 주목받고 있는 MFC는 하폐수 중의 오염물질을 미생물의 먹이로서 제거하면서 연료로써 에너지 이용을 동시에 할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질에서 직접 전기를 회수할 수 있는 고효율의 에너지 변환장치이다. 따라서 MFC를 하폐수처리에 적용한다면 청정에너지를 제공할 수 있고, 더불어 하폐수의 효과적인 처리도 가능하다.
미생물연료전지는 산화전극부(Anode chamber)와 환원전극부(Cathode chamber)로 구성되어 있으며, 각 전극부는 분리막(Separator)으로 구분되어 있다. 혐기성 조건 또는 무산소조건의 산화전극부에서는 박테리아에 의해 유기물질이 분해되고, 수소이온과 전자가 발생한다. 전자는 외부도선을 따라 산화전극(anode)에서 환원전극(cathode)으로 이동하게 되고, 수소이온은 분리막을 통과하여 환원전극으로 이동한다. 환원전극부로 이동한 전자와 수소이온은 환원전극부에 공급되는 산소와 질산염과 같은 전자수용체와 최종 환원반응을 하게 되고, 위와 같은 일련의 과정을 통해서 전기에너지를 회수할 수 있다.
미생물연료전지 개념으로 대변되는 전극시스템을 이용한 기술은 폐수처리를 수행하면서 바로 전기를 얻을 수 있다는 장점으로 인하여 연구자들로부터 높은 관심을 받고 있는데, 이러한 미생물연료전지에 의한 처리는 대부분 acetate, butyrate, glucose 또는 하폐수의 복잡한 유기물들을 다양한 탄수화물로 변환시키는데 사용되어 왔다. 그러나 하폐수는 유기물 외에도 인이나 질소 화합물 같은 다른 화합물을 함유하고 있으므로 유기물과 질소를 동시에 제거할 수 있는 새로운 개념의 하폐수 처리 시스템의 개발이 요구된다.
대한민국등록특허공보 제10-0974928호(2010.08.09.)에는 하이브리드형 하폐수 고도처리 장치가 개시되어 있다. 상기 하이브리드형 하폐수 고도처리 장치는 하나 이상의 혐기조 및 무산소조를 각각 포함하되, 상기 혐기조와 무산소조는 양이온투과막으로 구획되며, 상기 혐기조는 유기물산화미생물 및 산화전극을 포함하고, 상기 무산소조는 탈질미생물이 표면에 부착된 환원전극을 포함하며, 상기 산화전극 및 환원전극은 저항기가 장착된 전선으로 연결된 것으로, 유기물과 질소를 동시에 제거할 수 있는 장점이 있지만, 상기 무산소조로 이송된 반송슬러지에는 용존산소가 함유되어 있어 환원전극의 표면에 부착된 탈질미생물의 작용을 저해시켜 질소 처리효율이 떨어지는 문제가 있다.
KR 10-0974928 B1 2010.08.09.
본 발명은 미생물연료전지를 이용하여 하폐수 처리시 유기물 뿐만 아니라 질소를 동시에 제거할 수 있으며, 환원전극부로 유입되는 폐수에 포함된 용존산소를 저감시켜 유입하므로 질소의 처리효율을 높일 수 있는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 미생물연료전지의 산화반응조로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1); 상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 분리막반응조(MBR)로 공급하여 하폐수 내의 유기물 제거 및 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 단계(단계 2); 상기 질산성 질소가 포함된 하폐수를 탈산소조로 공급하여 상기 하폐수에 포함된 용존산소를 저감시키는 단계(단계 3); 및 상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조로 공급하여 환원전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 4); 를 포함하는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 제공한다.
상기 미생물연료전지는 산화반응조, 분리막 및 환원반응조를 포함하고 이를 하나의 단위 모듈로 하며, 여러 개의 단위 모듈을 일정 간격으로 횡으로 구비하며, 상기 산화반응조는 유기물산화미생물이 표면에 부착된 산화전극을 포함하고, 상기 환원반응조는 탈질미생물이 표면에 부착된 환원전극을 포함하되, 상기 산화전극 및 환원전극이 격자모양으로 형성된다.
상기 단계 3에서, 상기 탈산소조에서 처리된 하폐수 중의 용존산소 함량은 1 ㎎/ℓ 이하이다.
또한, 본 발명은, 미생물연료전지의 산화반응조로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1); 상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 복합생물막조로 공급하여 상기 하폐수 내의 유기물 제거 및 질산화를 통해 용존산소를 저감시키는 단계(단계 2); 및 상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조로 공급하여 환원전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 3); 를 포함하는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 제공한다.
상기 단계 2에서, 상기 복합생물막조는 하단에 산기장치가 구비되며, 상기 복합생물막조에는 메디아(Media)가 80~90%(부피기준) 충진되어 생물필터 역할을 한다.
상기 복합생물막조의 하부에는 상기 메디아(Media)에 부착된 호기성 미생물에 의해 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 질산화반응이 일어나며, 상부로 올라갈수록 공기공급을 차단하여, 상기 하폐수 중에 포함된 용존산소를 유기물 제거, 미생물의 질산화 및 내생호흡으로 소모함으로써, 상기 복합생물막조의 상층부로 용존산소가 고갈된 하폐수가 배출된다.
상기 복합생물막조의 상층부로 배출되는 하폐수의 용존산소의 함량은 1 ㎎/ℓ 이하이다.
종래 미생물연료전지는 수중 또는 공기 중의 산소를 최종 전자수용체로 이용하여 전력을 발생시키므로 유기물 제거와 전력 생산만 가능하나, 본 발명에서는 수중의 질산성 질소를 최종 전자수용체로 하여 질소가스로 환원시켜 전력을 발생시키게 되므로, 유기물 및 질소를 동시에 제거하며 전력 생산이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 하폐수처리 방법은 내부에 메디아(Media)가 구비된 탈산소조를 이용하여 용존산소를 저감시킴으로 질소의 처리효율을 높인 장점이 있으며, 산화전극 및 환원전극을 격자모양으로 형성하여 전극면적 및 분리막 면적을 매우 크게 함으로 미생물연료전지의 효율을 향상시켰으며, 스택킹(stacking)이 용이한 구조로 설치되어 부지면적 축소 및 운영관리가 용이한 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 도식화한 공정도.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 도식화한 공정도.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 하폐수(wastewater)라 함은 오수, 하수, 산업폐수 등을 포함하는 용어이다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 설명한다.
본 발명의 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법은,
미생물연료전지(100)의 산화반응조(10)로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극(12)에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 분리막반응조(MBR)(30)로 공급하여 하폐수 내의 유기물 제거 및 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 단계(단계 2);
상기 질산성 질소가 포함된 하폐수를 탈산소조(50)로 공급하여 상기 하폐수에 포함된 용존산소를 저감시키는 단계(단계 3); 및
상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조(20)로 공급하여 환원전극(22)에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 4);
를 포함한다.
본 발명의 미생물연료전지(microbial fuel cell, MFC)(100)는 산화반응조(10), 환원반응조(20) 및 분리막(15)을 포함하는 이실형 미생물연료전지(Two chamber MFC)이다.
상기 산화반응조(10)는 유기물산화미생물이 표면에 부착된 산화전극(12)을 포함하고, 상기 환원반응조(20)는 탈질미생물이 표면에 부착된 환원전극(22)을 포함한다. 상기 산화전극(12)과 환원전극(22)은 외부저항이 포함된 전선으로 연결된다.
상기 분리막(15)은 양이온 교환막(Cation exchange membrane)으로서 각 전극부의 전극 및 전극부의 용액을 분리시킬 수 있는 역할을 하는 분리막을 선택할 수 있다. 상기 분리막(15)에 의해서 상기 산화반응조(10)와 환원반응조(20)가 분할된다.
상기 유기물산화미생물은 일반적으로 하폐수처리장의 활성슬러지 또는 혐기성 소화조의 미생물로 식종하여 농화배양을 하므로, 통상적인 유기물산화가 가능한 미생물을 이용할 수 있다.
미생물연료전지(microbial fuel cell, MFC)의 효율을 극대화하기 위해서는 전극의 표면적이 클수록 미생물 부착량이 많아지고, 분리막도 면적이 증가할수록 생성된 수소이온의 이동에 제한이 되지 않아 전력 발생량이 증가한다.
본 발명에서는 산화반응조(10) 및 환원반응조(20) 내 전극면적 및 분리막 면적을 극대화시키기 위해 산화전극(12) 및 환원전극(22)을 격자모양으로 형성한 것에 특징이 있다.
상기 산화반응조(10), 분리막(15) 및 환원반응조(20)는 수평형의 좌우로 배치하여 하나의 단위 모듈을 형성할 수 있으며, 여러 개의 단위 모듈을 일정 간격으로 횡으로 구비하여 하폐수 처리효율을 향상시킬 수 있다.
상기 단계 1에서, 하폐수가 미생물연료전지의 산화반응조의 유입구를 통하여 미생물연료전지 산화반응조(10)에 유입이 되면 하폐수 내의 생물학적으로 분해 가능한 유기물들이 산화전극(12)에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물이 제거된다. 유기물이 산화되면서 발생되는 전자와 수소이온은 전선과 분리막(15)으로 각각 통과하여 환원반응조(20)에 전달된다.
상기 단계 2는 상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 분리막반응조(Membrane Bio-Reactor, MBR)(30)로 공급하여 하폐수 내의 유기물 제거 및 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 단계이다.
상기 분리막반응조(MBR)(30)에는 침지형 분리막과 산기관이 설치된다. 상기 산기관은 분리막반응조(MBR)(30)에 공기를 공급하여 분리막반응조(MBR)(30) 내의 용존산소(Dissolved Oxygen, DO)를 상승시키는 역할을 한다.
상기 분리막반응조(MBR)(30)에서는 호기성인 질산화균에 의해 하폐수 중의 암모니아성 질소가 질산성 질소로 변환된다.
호기조 유출수를 환원반응조로 직접 이송하게 되면, 호기성 미생물에 의해 환원반응조에서 탈질 반응이 일어나지 않으며, 고형물 농도가 2,000~3,000 ㎎/ℓ 로 과도하게 높아 환원반응조에 고형물 정체 현상으로 정상 작동이 불가능하게 된다.
본 발명에서는 호기조로 분리막반응조(MBR)(30)를 사용하며, 분리막반응조(MBR)(30)에는 침지형 분리막이 설치되어 있으며, 이 침지형 분리막에 의하여 고액분리가 이루어진다.
상기 분리막반응조(MBR)(30)는 용존산소 농도가 6~9 ㎎/ℓ로 운영되는데, 분리막반응조(MBR) 유출수가 환원반응조(20)로 유입되면, 용존산소로 인해 독립영양탈질균에 영향을 주어 질소를 제거하는 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 내부에 메디아(Media)(52)가 구비된 탈산소조(De-aeration tank)(50)를 이용하여 용존산소를 저감시킴으로 질소의 처리효율을 높인 것에 특징이 있다.
상기 분리막반응조(MBR)(30)와 상기 탈산소조(50) 사이에는 저류조(storage tank)(40)가 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 분리막반응조(MBR)(30) 유출수가 침지식분리막 운영 상황에 따라 유량이 일정하게 나오지 않을 수 있으므로, 탈산소조(50)에 유입되는 하폐수의 유량을 일정하게 보낼 수 있도록 저류조(40)를 설치할 수 있다.
상기 단계 3은 상기 질산성 질소가 포함된 하폐수를 내부에 메디아(Media)(52)가 구비된 탈산소조(50)로 공급하여 용존산소의 양을 저감시키는 단계이다.
상기 탈산소조(50)는 반응기 내부에 미생물이 잘 부착될 수 있는 메디아(Media)(52)를 충진하며 호기성 미생물을 부착시켜 운영하게 된다. 상기 분리막반응조(MBR)(30)에서 이송된 하폐수는 용존산소 농도가 6~9 ㎎/ℓ 이며, 상기 분리막반응조(MBR)(30)에서 미처리된 유기물 및 암모니아성질소를 상기 탈산소조(50) 내 생물필터 역할을 하는 상기 메디아(Media)(52)를 통과하면서 상기 하폐수내 함유된 용존산소를 이용하여 미생물이 유기물산화 및 질산화 반응이 추가로 이루어지며, 하폐수에 포함된 용존산소를 모두 소모하므로 탈산소조(50)의 유출수는 무산소조건(용존산소(DO) 1 ㎎/ℓ 이하) 수준으로 배출하게 된다. 그리고 상기 메디아(Media)(52)에 부착된 미생물에 의해 반응이 일어나므로 유출수에 고형물 농도가 낮아 환원반응조(20)에 고형물에 의한 영향을 배제할 수 있다.
상기 단계 4는 상기 용존산소의 양이 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조(20)로 공급하여 환원전극(22)에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계이다.
상기 탈산소조(50)의 처리수는 미생물연료전지의 환원반응조(20)로 이동된다. 상기 미생물연료전지의 환원반응조(20)에서 질산성 질소는 질소가스로 전환되어 수중에서 제거된다.
상기 산화반응조(10)에서 미생물에 의해 유기물이 산화될 때 발생하는 전자를 미생물에 의해서 산화전극(12)에 전달시키고, 산화전극(12)에 전달된 전자는 전선을 통하여 환원전극(22)으로 이동되며, 이동된 전자는 환원전극(22)의 표면에 부착된 미생물에 전달되고 부착된 미생물은 전자를 받아 산소 대신에 질산성 질소를 전자수용체로 사용하여 환원반응조(20)의 질산성 질소를 질소가스로 환원시킨다. 상기 탈질미생물은 독립영양탈질미생물로서 전극에서 전자를 받아 질산성 질소를 환원시키는 미생물이며, 환원전극부의 전위에 따라 아질산성 질소 등으로 환원될 수 있으나, 통상 질소 가스로 환원되어 환원된 질소는 대기 중으로 방출된다. 유기물과 질소가 제거된 하폐수는 환원반응조 유출구를 통하여 유출된다.
상기 산화전극(12)과 환원전극(22) 간의 전압차에 의해 발생된 전압은 승압장치를 이용하여 승압한 후 이용 가능하며, 사용처에 알맞은 변환 과정을 통해 하폐수처리장 내에 필요한 전력으로 공급될 수 있다. 정화된 하폐수는 수질이 개선된 상태이므로 다양한 목적으로 재활용될 수 있다. 구체적인 재활용 분야는 농업용수로의 이용, 공업용수로의 이용 등의 분야이다.
다음은, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법을 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법은,
미생물연료전지(100)의 산화반응조(10)로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극(12)에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 복합생물막조(60)로 공급하여 상기 하폐수 내의 유기물 제거 및 질산화를 통해 용존산소를 저감시키는 단계(단계 2); 및
상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조(20)로 공급하여 환원전극(22)에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 3);
를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 일실시예의 분리막반응조(MBR)(30)와 탈산소조(50)를 컴팩트화 하기 위하여, 상기 분리막반응조(MBR)(30)와 상기 탈산소조(50) 대신 일체형 반응기인 복합생물막조(60)를 사용한 것에 특징이 있다.
상기 복합생물막조(60)는 하단에 산기장치(65)가 설치되어 공기공급량을 조절할 수 있으며, 상기 복합생물막조(60)에는 메디아(Media)(62)가 80~90%(부피기준) 충진되어 생물필터 역할을 한다.
상기 복합생물막조(60)의 하부에는 상기 메디아(Media)(62)에 부착된 호기성 미생물에 의해 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 질산화반응이 일어나며, 상부로 올라갈수록 공기전달을 차단하여 상기 하폐수 중에 포함된 용존산소를 유기물 제거, 미생물의 질산화 및 내생호흡으로 소모함으로써, 상기 복합생물막조(60)의 상층부로 용존산소가 고갈된(용존산소(DO) 1 ㎎/ℓ 이하) 하폐수가 배출된다. 그리고 상기 메디아(Media)(62)에 부착된 미생물에 의해 반응이 일어나므로 유출수에 고형물 농도가 낮아 환원반응조(20)에 고형물에 의한 영향을 배제할 수 있다.
상기 단계 1과 단계 3은 상기 일실시예와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
종래 미생물연료전지는 수중 또는 공기 중의 산소를 최종 전자수용체(electron accepter)로 이용하여 전력을 발생시키므로 유기물 제거와 전력 생산만 가능하나, 본 발명에서는 수중의 질산성 질소를 최종 전자수용체(electron accepter)로 하여 질소가스로 환원시켜 전력을 발생시키게 되므로, 유기물 및 질소를 동시에 제거하며 전력 생산이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 하폐수처리 방법은 내부에 메디아(Media)가 구비된 탈산소조를 이용하여 용존산소를 저감시킴으로 질소의 처리효율을 높인 장점이 있으며, 산화전극 및 환원전극을 격자모양으로 형성하여 전극면적 및 분리막 면적을 매우 크게 함으로 미생물연료전지의 효율을 향상시켰으며, 스택킹(stacking)이 용이한 구조로 설치되어 부지면적 축소 및 운영관리가 용이한 장점이 있다.
10 : 산화반응조 12 : 산화전극
15 : 분리막
20 : 환원반응조 22 : 환원전극
30 : 분리막반응조(MBR)
40 : 저류조
50 : 탈산소조 52 : 메디아(Media)
60 : 복합생물막조 62 : 메디아(Media)
65 : 산기장치
100 : 미생물연료전지

Claims (7)

  1. 미생물연료전지의 산화반응조로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
    상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 분리막반응조(MBR)로 공급하여 하폐수 내의 유기물 제거 및 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 단계(단계 2);
    상기 질산성 질소가 포함된 하폐수를 탈산소조로 공급하여 상기 하폐수에 포함된 용존산소를 저감시키는 단계(단계 3); 및
    상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조로 공급하여 환원전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 4);
    를 포함하는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물연료전지는 산화반응조, 분리막 및 환원반응조를 포함하고 이를 하나의 단위 모듈로 하며, 여러 개의 단위 모듈을 일정 간격으로 횡으로 구비하며,
    상기 산화반응조는 유기물산화미생물이 표면에 부착된 산화전극을 포함하고, 상기 환원반응조는 탈질미생물이 표면에 부착된 환원전극을 포함하되,
    상기 산화전극 및 환원전극이 격자모양으로 형성되는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단계 3에서,
    상기 탈산소조에서 처리된 하폐수 중의 용존산소 함량은 1 ㎎/ℓ 이하인 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  4. 미생물연료전지의 산화반응조로 유입된 하폐수의 유기물이 산화전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 산화되어 유기물의 일부를 제거하는 단계(단계 1);
    상기 유기물이 일부 제거된 하폐수를 복합생물막조로 공급하여 상기 하폐수 내의 유기물 제거 및 질산화를 통해 용존산소를 저감시키는 단계(단계 2); 및
    상기 용존산소가 저감된 하폐수를 미생물연료전지의 환원반응조로 공급하여 환원전극에 부착되어 있는 미생물에 의해 하폐수 내의 질산성 질소를 제거하는 단계(단계 3);
    를 포함하는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 단계 2에서,
    상기 복합생물막조는 하단에 산기장치가 구비되며, 상기 복합생물막조에는 메디아(Media)가 80~90%(부피기준) 충진되어 생물필터 역할을 하는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복합생물막조의 하부에는 상기 메디아(Media)에 부착된 호기성 미생물에 의해 암모니아성 질소를 질산성 질소로 변환시키는 질산화반응이 일어나며, 상부로 올라갈수록 공기공급을 차단하여, 상기 하폐수 중에 포함된 용존산소를 유기물 제거, 미생물의 질산화 및 내생호흡으로 소모함으로써, 상기 복합생물막조의 상층부로 용존산소가 고갈된 하폐수가 배출되는 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복합생물막조의 상층부로 배출되는 하폐수의 용존산소의 함량은 1 ㎎/ℓ 이하인 미생물연료전지를 이용하여 하폐수의 유기물 및 질소를 동시에 제거하는 하폐수처리 방법.
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