KR20160061546A - 이산화탄소 공급부가 구비된 생물전기화학 시스템 - Google Patents

이산화탄소 공급부가 구비된 생물전기화학 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수 등에 존재하는 다가 이온을 제거하는 전기 및 수소 생산이 가능한 생물전기화학 시스템을 제공한다. 본 발명에 의한 생물전기화학 시스템은 미생물이 구비된 애노드를 포함하는 산화전극조; 상기 산화전극조의 일측면에 설치되고, 산소공급부가 구비된 캐소드를 포함하는 환원전극조; 상기 산화전극조와 환원전극조 사이에 설치되는 음이온 교환막; 및 상기 산화전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함한다.

Description

이산화탄소 공급부가 구비된 생물전기화학 시스템{BIOELECTROCHEMICAL SYSTEM HAVING CARBON DIOXIDE SUPPLY UNIT}
본 발명은 생물화학전기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물전기화학 시스템에 구비된 산화전극조 또는 산화전극조/환원전극조에 이산화탄소 (CO2)공급부를 설치하여 해수에 이산화탄소를 공급함으로써 다가이온제거율을 향상시킬 수 있는 생물전기화학 시스템에 관한 것이다.
해수 담수화 방식 중 막분리법에는 역삼투법(Reverse Osmosis: RO), 전기투석법(Electrodialysis: ED), 정삼투법(Forward Osmosis: FO) 등이 있다. 막분리법에서 막의 수명을 연장하고 공정의 성능을 지속적으로 유지하기 위해서는 막 표면에 염 화합물의 결정에 의해서 만들어지는 스케일 문제를 해결해야 한다. 그러므로 막분리법에서는 스케일 성분을 제거하기 위한 해수 전처리가 필수적이다.
해수의 성분 중 스케일 유발 물질은 농축과 pH 값의 변화로 막 표면에 석출되어 막의 기능을 손상시키는 물질이다. 그러한 물질로는 탄산칼슘(CaCO3),황산칼슘(CaSO4),탄산마그네슘(MgCO3),황산마그네슘(MgSO4)등이 있다. 이러한 스케일 유발물질을 제거하기 위해서 주로 사용하는 해수 담수화의 전처리 공정으로는 화학약품 투입법과 막분리법(MF, UF) 등이 있다. 화학약품 투입법은 스케일 석출을 방지하기 위해서 스케일방지제(antiscalant) 혹은 pH를 낮게 유지하기 위한 산(acid)을 해수에 투입하는 방법이다. 막분리법은 정밀여과막(Microfiltration membrane)이나 한외여과막(Ultrafiltration membrane)을 사용하여 담수화 공정 전단계에서 스케일 유발 이온을 제거하는 방법이며 담수화 공정에서 발생할 수 있는 스케일 생성 문제가 전처리 막공정에 전가된다는 한계가 있다.
한편, 미생물연료전지(Microbial fuel cell: MFC)와 미생물전기분해조(Microbial Electrolysis Cell: MEC)는 생물전기화학시스템(Bioelectrochemical system: BES)으로서 전기화학활성균(Electrochemically active bacteria)을 이용하여 폐수 처리와 동시에 전기 또는 수소가스를 생성하는 장치이다. 미생물연료전지는 산화전극조(anode chamber)와 환원전극조(cathode chamber)라는 2개의 반응조로 구성될 수 있으며 이온 교환막(ion exchange membrane)에 의하여 2개의 반응조가 분리되어 있다. 애노드에서 포도당이 기질인 경우 일어나는 대표적인 반응은 화학식 1과 같다. 호기성 조건의 캐소드에서 일어나는 대표적인 반응은 화학식 2와 같다. 산화전극조에서는 유기물이 처리되면서 전기에너지가 생산되고, 환원전극조에서는 계속적으로 OH-가 생성되며 용액의 pH 가 상승하게 된다.한편, 환원전극에서 해수 내 다가 양이온이 제거될 수 있는 반응이 일어나는데 대표적인 반응식은 화학식 3과 같다.
[화학식 1]
C6H12O6 + 6H2 → 6CO2 + 24H+ + 24e-
[화학식 2]
O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-
[화학식 3]
Ca2+ + HCO3 - + OH- → CaCO3↓ + H2O
반면 미생물전기분해조는 미생물연료전지와 비슷한 구조이지만 환원전극조에 산소가 존재하지 않으며 약간의 전기에너지를 가해주어 수소가스를 생산할 수 있는 장치이다. 캐소드에서는 수소가스가 생기면서 계속적으로 pH가 상승하게 되는데 그와 관련된 반응식은 화학식 4와 같다.
[화학식 4]
2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-
해수는 다량의 이온을 포함하고 있어 전도도가 높기 때문에 전기화학 시스템에서 전해질로서 사용이 가능하다. 만일 상기한 생물전기화학시스템의 환원전극조에 해수를 주입하면 미생물연료전지와 미생물전기분해조의 환원반응에 의해서 전기나 수소가스가 생성되며, 알칼리가 형성되어 해수 내의 다가 양이온들이CaCO3,Mg(OH)2의 형태로 침전할 수 있다. 일반적으로 생물전기화학시스템은 폐수 처리, 전기 생산, 수소 생산을 목적으로 사용되어 왔으며, 해수 등에 포함되어 있는 다가 양이온을 제거하는데 사용된 사례는 없다.
한편, 관련 선행기술로는 한국등록특허 제10-0758821호(생물전기화학 시스템을 이용한 탈염소화 방법), 한국등록특허 제10-0848331호(생물전기화학 시스템을 이용한 탈질방법) 등이 있다.
본 발명은 화학약품을 투입하거나 추가의 분리막을 사용하지 않고 미생물과 전기화학반응을 이용하여 해수 내의 다가 이온을 제거하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 해수 내의 다가 이온을 제거하면서 동시에 유기물을 포함한 폐수를 처리하여 전류를 생산하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 해수 내의 다가 이온을 제거하면서 동시에 유기물이 포함된 폐수를 처리하여 적은 에너지로 수소 가스를 생산하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 해수 내의 다가 이온을 효율적으로 제거하기 위하여 산화전극조 또는 산화전극조/환원전극조에 이산화탄소 공급부가 구비된 생물전기화학 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 생물전기화학 시스템은 미생물이 구비된 애노드를 포함하는 산화전극조; 상기 산화전극조의 일측면에 설치되고, 산소공급부가 구비된 캐소드를 포함하는 환원전극조; 상기 산화전극조와 환원전극조 사이에 설치되는 음이온 교환막; 및 상기 산화전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게는, 환원전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부가 구비된다. 미생물은 기질로서 유기물을 포함한 폐수, 혐기성 소화 유출액, 도시하수, 산업폐수, 산발효액 중 적어도 하나를 이용하는 전기화학활성균이다. 산화전극조는 전기화학 활성균의 활성을 유지하기 위하여 pH는 중성이고, 온도는 20℃ 이상 100℃ 미만이다. 또한 산화전극조의 pH가 중성보다 작은 경우 상기 환원전극조의 침전물 또는 화학약품이 산화전극조에 투입된다.
애노드는 그라파이트(graphite) 또는 카본(carbon) 소재의 브러쉬(brush) 또는 펠트(felt) 형태이고, 캐소드는 백금 촉매 또는 백금 대체 촉매를 포함한다. 캐소드는 에어-캐소드(aircathode)일 수 있다.
이산화탄소 공급부는 산화전극조 뿐만 아니라 환원전극조에도 구비될 수 있고, 산화전극조에 이산화탄소를 공급하지 않더라도 Phosphate buffer 대신 bicarbonate buffer(HCO3 -)를 사용하여 음이온 교환막을 통하여 환원전극조에 HCO3 -를 공급할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 애노드는 복수개로 형성되어 전자생성을 증가시킨다. 상기 애노드는 그라파이트(graphite) 또는 카본(carbon) 소재의 브러쉬(brush) 또는 펠트(pelt) 형태이다. 상기 캐소드는 백금 촉매 또는 백금 대체 촉매를 포함한다. 상기 캐소드는 에어-캐소드(air-cathod)일 수 있다.
또한, 본 발명의 생물전기화학 시스템은 미생물이 구비된 애노드를 포함하는 산화전극조; 상기 산화전극조의 일측면에 설치되고, 산소공급부가 구비된 캐소드를 포함하는 환원전극조; 상기 산화전극조와 환원전극조 사이에 설치되는 음이온 교환막; 상기 애노드와 캐소드 사이에 연결되는 전원; 및 상기 산화전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다. 수소가스 생성을 위해서는 DC power supply를 이용하여 최소 0.3 V 이상의 전압을 인가해주어 캐소드의 전위가 애노드의 전위보다 낮아 수소가스 생산이 가능하도록 해준다.
바람직하게는, 환원전극조는 환원 반응을 통해 생성된 OH-이온을 이용하여 해수 내의 다가 양이온을 침전시켜 침전물을 생성한다. 다가 양이온은 Ca2+ 또는 Mg2+이다. 또한, 환원전극조의 침전물 또는 유출수의 일부를 상기 산화전극조로 이송하는 수단을 더 포함한다. 산화전극조와 환원전극조는 모두 혐기성 상태이다. 상기 애노드는 복수 개 구비할 수 있다. 또한, 상기 유기성 폐수 내의 유기물의 농도를 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다. 한편, 이산화탄소 공급부는 산화전극조 뿐만 아니라 환원전극조에도 구비될 수 있고, 산화전극조에 이산화탄소를 공급하지 않더라도 Phosphate buffer 대신 bicarbonate buffer(HCO3 -)를 사용하여 음이온 교환막을 통하여 환원전극조에 HCO3 -를 공급할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명은 스케일 유발 물질인 해수 내 다가 이온을 적은 에너지 및 화학 약품 주입 없이 제거할 수 있는 효과가 있고, 더 나아가 별도의 이산화탄소가 공급됨으로써 효율적으로 해수 내 다가 이온 제거율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면 미생물연료전지의 경우 해수 내의 다가 이온 제거와 동시에 미생물에 의해서 폐수처리와 전기에너지 생산이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면 미생물전기분해조의 경우 해수 내의 다가 이온 제거와 동시에 미생물에 의해 폐수를 처리하여 적은 에너지를 이용한 수소 가스 생산이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물전기화학 시스템으로서 미생물연료전지의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물전기화학 시스템으로서 미생물전기분해조의 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물전기화학 시스템으로서 미생물연료전지의 구성도이다. 도 1를 참조하면, 미생물연료전지(1)는 산화전극조(10)와 환원전극조(20)와 이온 교환막(30)을 포함한다. 산화전극조(10)는 폐수 속의 유기물을 미생물로 처리할 때 발생하는 전자를 수용하는 애노드(11)와 챔버(13)를 구비한다. 환원전극조(20)는 애노드(11)로부터 전자를 전달받는 캐소드(21)와 챔버(22)를 구비하며, 산화전극조(10)로부터 전달받은 전자와 외부로부터 공급된 산소와 물을 반응시켜 수산화 이온을 생성하고, 이 수산화 이온으로 전해질 속의 다가 이온을 침전시킨다. 한편, 다가 이온 중에서 Ca2+를 CaCO3 형태로 침전시키기 위해서는 HCO3 -(bicarbonate ion)이 필요한데, 해수 안에는 존재하는 HCO3 -는 소량에 불과하므로 이산화탄소(CO2)를 추가로 산화전극조 또는 산화전극조/환원전극조에 공급해 줌으로써(70) Ca2+ 이온의 제거율을 높일 수 있다. 또한, 이산화탄소(CO2)를 별도로 공급하지 않더라도 산화전극조에 Phosphate buffer 대신 bicarbonate buffer를 사용함으로써 음이온 교환막(30)을 통해 환원전극조에 HCO3 -(bicarbonate ion)를 공급하여 효율적으로 Ca2+ 이온의 제거율을 높일 수도 있다.
이온 교환막(30)은 상기 전해질 속의 다가 양이온이 산화전극조(10)로 이동하는 것을 차단하기 위하여 음이온 교환막으로 구성한다. 산화전극조(10)는 미생물(12)의 활성을 위해서 혐기성 조건을 만들어 준다.
산화전극조(10)에는 폐수 저장설비(50)로부터 폐수가 주입된다. 미생물(12)은 기질로서 유기물을 포함한 폐수, 혐기성 소화 유출액, 도시하수, 산업폐수, 산발효액 등을 이용하는 전기화학활성균이다. 또한, 산화전극조(10)는 전기화학활성균의 활성을 유지하기 위하여 pH는 중성이고, 온도는 20℃ 이상 100℃ 미만으로 유지해 준다. 산화전극조(10)의 pH가 중성보다 낮은 경우 환원전극조(20)의 침전물 또는 화학약품이 산화전극조(10)에 투입할 수 있다. 또한, 산화전극조(10)의 전도도 향상을 위하여 환원전극조(20)의 침전물 또는 유출수 중의 일부를 산화전극조(10)로 이송할 수 있다.
캐소드(21)를 포함하는 환원전극조(20)는 환원반응을 위해서 호기성 조건을 만들어 준다. 산화전극조(10)의 애노드(11)와 환원전극조(20)의 캐소드(21)는 외부회로(40)를 통하여 연결되어 있다.
본 실시예에 따른 폐수 처리와 다가 이온 제거를 위해서 산화전극조(10)에는 폐수를 주입하고, 환원전극조(20)에는 다가 이온을 포함하는 전해질, 예를 들면 해수를 주입한다. 산화전극조(10)에 주입되는 폐수는 도시하수, 산발효액, 혐기성 소화 유출액, 식품가공폐수 등 유기성 물질이 포함된 혼합물을 포함한다. 한편, 폐수 내 유기물의 적정 농도를 유지하기 위해서, 센서(52)를 이용하여 유기물의 농도를 모니터링 할 수 있다.
산화전극조(10)에서는 전기화학활성균이 애노드(11)에 부착되어 성장하며,폐수 내 유기물을 산화하여 수소이온(H+)과 전자(e-)를 형성한다. 여기서 애노드(11)는 그라파이트(graphite) 또는 카본(carbon) 소재로서 브러쉬(brush) 또는 펠트(felt) 형태로 형성할 수 있다. 생성된 전자는 미생물(12)에 의해서 애노드(11)로 전달되고, 이 전자는 저항이 연결된 외부회로(40)를 통하여 환원전극조(20)로 이동함으로써 전기가 발생한다. 외부회로(40)에 연결되어 있는 저항은 1Ω에서 1000Ω 사이로 할 수 있다. 또한, 애노드(11)는 충분한 전자 생성을 위해서 복수 개로 형성될 수 있다.
한편, 산화전극조(10)에서 이동해 온 전자는 화학식 5에서 보는 바와 같이환원전극조(20)에서 산소와 물을 만나 OH-를 형성한다.
[화학식 5]
O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-
전기가 생산되는 과정에서 환원전극조(20)에서 생산된 OH-는 캐소드(21) 표면에 닿아있는 해수의 pH를 상승시킨다. 캐소드(21)에 형성된 OH-에 의해서 해수 내의 Ca2+와 Mg2+는 화학식 6에서와 같이 CaCO3,Mg(OH)2의 형태로 침전되어 제거된다. 뿐만 아니라 Ca2+과 Mg2+이 결합한 다른 형태의 침전물도 생성될 수 있다. 이때, 해수 내 포함된 양이온들이 산화전극조(10)로 이동하는 것을 방지하기 위하여 음이온 교환막(30)이 사용된다.
[화학식 6]
Ca2+ + HCO3 - + OH- → CaCO3↓ + H2O
Mg2+ + 2OH → Mg(OH)2↓
환원전극조(20)는 산소 공급을 위해 호기성 조건을 유지하여야 하는데, 폭기에 드는 비용을 절감하기 위하여 폭기 대신에, 도 1에 도시된 바와 같이 캐소드(21)의 한면이 대기 중에 노출되는 형태의 에어-캐소드(air-cathode)를 사용할 수 있다. 캐소드(21)는 내부식성의 전도성 소재를 사용하고 백금이나 백금 대체 촉매를 입혀 사용할 수 있다.
환원전극조(20)에서 캐소드(21) 표면에 형성된 스케일 층을 제거하기 위하여 스키머(skimer)를 이용하거나, 초음파 등으로 캐소드(21)를 진동시키거나, 환원전극조(20)에 주기적으로 기포를 분사할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 생물전기화학 시스템으로서 미생물전기분해조(100)의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 미생물전기분해조(100)는 2개의챔버 즉, 산화전극조(102)와 환원전극조(104)를 구비하며, 음이온 교환막(106)을 이용하여 두 개의 챔버(102, 104)를 분리한다. 또한, 이산화탄소 공급부(120)가 산화전극조(102) 또는 산화전극조(102)/환원전극조(104)에 구비될 수 있다. 미생물전기분해조(100)에서 산화전극조(102)에는 폐수를 주입하고 환원전극조(104)에는 해수를 주입한다. 애노드(108)과 캐소드(112) 사이에는 직류 전원(113)이 연결된다.
산화전극조(102)는 챔버(107)와 애노드(108)을 포함하며 혐기성 조건을 만들어 준다. 산화전극조(102)에는 폐수 저장설비(114)로부터 폐수가 주입된다. 애노드(108)에는 전기화학 활성균(110)을 부착해 성장시킨다. 전기화학 활성균(110)은 폐수 내 유기물을 산화하며, 수소이온(H+)과 전자(e-)을 생성한다. 생성된 전자는 미생물에 의해서 애노드(108)로 전달되며 이 전자는 외부 회로를 통하여 환원전극조(104)로 이동한다. 저항은 1Ω에서 20Ω 사이로 할 수 있다.
전기화학활성균(110)의 활성을 위해서는 pH를 중성으로, 온도를 25℃ 이상으로 유지할 필요가 있다. 산화전극조(102)는 산화 반응이 진행되면서 pH가 저하되므로 pH를 중성으로 유지하기 위해 환원전극조(104)의 침전물 또는 유출수의 일부를 산화전극조(102)로 이송할 수 있다. 이러한 침전물 또는 유출수의 이송은 다른 첨가물의 투입 없이 산화전극조(102)의 전도도를 향상시킬 수 있다는 측면에서도 유익하다.
산화전극조(102)에는 충분한 전자 생성을 위해 애노드(108)를 복수 개 설치할 수 있다. 또한 산화전극조(102)의 반응 속도를 향상시키기 위해 애노드(108)를 브러쉬 타입으로 형성하여 비표면적을 최대화할 수 있다.
산화전극조(102)에 주입되는 폐수는 도시하수, 산발효액, 혐기성 소화 유출액, 식품가공폐수 등 유기성 물질이 포함된 혼합물일 수 있다. 산화전극조(102)에 주입되는 폐수는 유기물 농도를 적정 수준으로 유지할 필요가 있다. 이를 위해 유기물 농도 검출 센서(115)를 폐수 저장설비(114)에 설치하여 유기물 농도를 모니터링 하고, 폐수 내의 유기물 농도가 적정 수준 이하인 경우에는 태양열 등을 이용하여 폐수를 농축한 후에 산화전극조(102)에 주입할 필요가 있다.
직류 전원(113)을 이용하여 최소 0.3 V 이상의 전압을 인가해주어 캐소드(112)의 전위가 애노드(108)의 전위보다 낮게 하면 수소 가스가 생산될 수 있다. 이론적으로 수소 가스 생산을 위해서는 캐소드(112)의 전위가 약 - 0.6 V 보다 낮아야 한다. 직류 전원(113) 대신에 전원공급 수단으로서 RED(Reverse electrodialysis : 역전기투석) 발전을 활용하거나 신재생 에너지를 사용할 수 있다.
환원전극조(104)는 챔버(111)와 캐소드(112)을 포함한다. 환원전극조(104)에 는 해수 저장설비(116)로부터 해수가 주입된다. 캐소드(112)로서는 내부식성 소재를 사용하고 백금 등의 촉매를 입혀 사용한다.
환원전극조(104)에서는 화학식 7의 반응을 통해 수소 가스가 생성되므로 수소 가스 포집장치(도시되지 않음)를 포함하고 있어야 한다. 발생된 수소 가스는 해수 내 입자성 물질을 제거하는데 이용될 수 있다.
[화학식 7]
2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-
캐소드(112)에서 형성된 OH-에 의해서 화학식 8의 반응에 의해 해수 내 Ca2+, Mg2+ 등의 다가 양이온이 침전되어 침전물을 형성하게 된다. 침전물은 CaCO3와 Mg(OH)2 뿐만 아니라 Ca2+과 Mg2+이 결합한 형태의 침전물이 될 수도 있다. 침전물은 후속 공정에서 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis)와 연계하여 침전물 비료로 활용할 수 있다. 한편, 다가 이온 중에서 Ca2+를 CaCO3 형태로 침전시키기 위해서는 HCO3 -(bicarbonate ion)이 필요한데 해수 안에는 존재하는 HCO3 -는 소량에 불과하므로 이산화탄소(CO2)를 추가로 산화전극조 또는 산화전극조/환원전극조에 공급해 줌으로써(120) 저렴한 비용으로 Ca2+ 이온의 제거율을 높일 수 있다. 또한, 이산화탄소(CO2)를 별도로 공급하지 않더라도 산화전극조에 Phosphate buffer 대신 bicarbonate buffer를 사용함으로써 음이온 교환막(106)을 통해 환원전극조에 HCO3 -(bicarbonate ion)를 공급하여 효율적으로 Ca2+ 이온의 제거율을 높일 수도 있다.
[화학식 8]
Ca2+ + HCO3 - + OH- → CaCO3↓ + H2O
Mg2+ + 2OH → Mg(OH)2↓
침전물이 캐소드(112)에 부착되면 환원 반응이 일어나기 어렵게 되므로 캐소드(112)을 스케일링(scaling)할 필요가 있다. 이를 위해 스키머(skimmer)를 이용하거나, 캐소드(112)에 진동 또는 초음파를 적용하거나 주기적으로 기포를 분사할 수 있다.
환원전극조(104)와 산화전극조(102)는 음이온 교환막(106)으로 분리되어 있다. 음이온 교환막(106)으로 산화전극조(102)와 환원전극조(104)를 분리하는 이유는 해수 내 포함된 양이온들이 산화전극조(102)로 이동하는 것을 방지하기 위함이다. 음이온 교환막(104)의 표면도 스키머(skimmer)를 이용하거나, 진동 또는 초음파를 적용하거나 주기적으로 기포를 분사하여 스케일링(scaling)할 필요가 있다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
10 : 산화전극조, 11: 애노드, 12 : 미생물, 13 : 산화전극조 챔버
20 : 환원전극조, 21 : 캐소드, 22 : 환원전극조 챔버
30 : 음이온교환막
40 : 외부 회로
50 : 폐수
60 : 해수
70 : 이산화탄소 공급부
100 : 미생물 이용 전기분해 장치
102 : 산화전극조, 104 : 환원전극조, 106 : 음이온교환막, 107 : 산화전극조챔버, 108 : 애노드
110 : 전기화학 활성균, 111 : 환원전극조 챔버, 112 : 캐소드, 113 : 전원공급장치, 114 : 폐수 저장설비, 116 : 해수 저장설비
120 : 이산화탄소 공급부

Claims (17)

  1. 미생물이 구비된 애노드를 포함하는 산화전극조;
    상기 산화전극조의 일측면에 설치되고, 산소공급부가 구비된 캐소드를 포함하는 환원전극조;
    상기 산화전극조와 환원전극조 사이에 설치되는 음이온 교환막; 및
    상기 산화전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함하는 생물전기화학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부가 구비된 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미생물은 전기활학활성균인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화전극조는 전기화학 활성균의 활성을 유지하기 위하여 pH는 중성이고, 온도는 20 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산화전극조의 pH가 중성보다 작은 경우 상기 환원전극조의 침전물 또는 화학약품이 상기 산화전극조에 투입되는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드는 복수개로 형성되어 전자생성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드는 그라파이트(graphite) 또는 카본(carbon) 소재의 브러쉬(brush) 또는 펠트(pelt) 형태인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드는 백금 촉매 또는 백금 대체 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드는 에어-캐소드(air-cathod)인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원전극조는 호기성 상태인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  11. 미생물이 구비된 애노드를 포함하는 산화전극조;
    상기 산화전극조의 일측면에 설치되고, 산소공급부가 구비된 캐소드를 포함하는 환원전극조;
    상기 산화전극조와 환원전극조 사이에 설치되는 음이온 교환막;
    상기 애노드와 캐소드 사이에 연결되는 전원; 및
    상기 산화전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함하는 생물전기화학 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 환원전극조에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부가 구비된 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 환원전극조는 환원 반응을 통해 생성된 OH-이온을 이용하여 상기 해수내의 다가 양이온을 침전시켜 침전물을 생성하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 환원전극조의 침전물 또는 유출수의 일부를 상기 산화전극조로 이송하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 산화전극조와 상기 환원전극조는 모두 혐기성 상태인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 애노드는 복수 개인 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기성 폐수 내의 유기물의 농도를 측정하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물전기화학 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200143900A (ko) * 2019-06-17 2020-12-28 한국지역난방공사 외부전류 인가를 이용한 이산화탄소 제거설비

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