KR20170109124A - Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells - Google Patents

Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells Download PDF

Info

Publication number
KR20170109124A
KR20170109124A KR1020160032242A KR20160032242A KR20170109124A KR 20170109124 A KR20170109124 A KR 20170109124A KR 1020160032242 A KR1020160032242 A KR 1020160032242A KR 20160032242 A KR20160032242 A KR 20160032242A KR 20170109124 A KR20170109124 A KR 20170109124A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode plate
unit
reaction tank
rotary shaft
Prior art date
Application number
KR1020160032242A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101828870B1 (en
Inventor
전항배
Original Assignee
충북대학교 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 충북대학교 산학협력단 filed Critical 충북대학교 산학협력단
Priority to KR1020160032242A priority Critical patent/KR101828870B1/en
Publication of KR20170109124A publication Critical patent/KR20170109124A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101828870B1 publication Critical patent/KR101828870B1/en

Links

Images

Classifications

    • B01F7/22
    • B01F15/00538
    • 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
    • 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
    • B01F2215/0052
    • Y02W10/12
    • Y02W10/23

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

The present invention relates to an agitator for an anaerobic digester using dynamic microbial electrochemical cells. In a reaction tank storing organic wastes and provided with a reducing electrode part, a stirring impeller, on which an oxidation electrode part provided to protrude and forming wings on a rotary shaft part rotated by a rotation motor, is arranged at the inner circumference thereof so as to maximize the transfer efficiency of positive ion materials while supplying an electrical power source to the reducing electrode part and the oxidation electrode part, and to minimize internal resistance, thereby maximizing the organic matter removal efficiency of a single reaction tank and the biogas generation amount such as methane, and making scale-up for practical use of the reaction tank possible.

Description

동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치{Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells}Technical Field [0001] The present invention relates to an anaerobic digester agitator using a dynamic microbial electrochemical electrode,

본 발명은 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치 개발에 관한것이다.The present invention relates to the development of an anaerobic digester agitation device using a dynamic microbial electrochemical electrode.

혐기성 소화는 하수슬러지, 음식폐기물, 농축산폐기물, 분뇨, 주정폐수, 펄프 및 제지폐수, 매립지 침출수 등과 같이 유기물의 함량이 높은 다양한 유기성폐수 또는 슬러리형 유기성폐기물을 처리하여 바이오가스(메탄 등)를 생산하는 기술이다.Anaerobic digestion produces biogas (methane, etc.) by treating various organic wastewater or slurry organic wastes with a high content of organic matter such as sewage sludge, food waste, agriculture and animal wastes, manure, wastewater, pulp and paper wastewater, Technology.

일반적인 혐기성 소화과정은 가수분해, 산발효, 메탄발효로 구분되며, 가수분해 과정에서는 고분자 유기물질이 저분자(단량체) 유기물질로 분해되고, 산발효 과정에서는 저분자 유기물질이 유기산, 이산화탄소, 수소 등으로 변환되며, 메탄발효 과정에서는 메탄생성균에 의하여 초산과 같은 유기산, 이산화탄소, 수소 등이 메탄으로 전환된다.The general anaerobic digestion process is divided into hydrolysis, acid fermentation, and methane fermentation. In the hydrolysis process, the polymer organic substance is decomposed into low molecular (monomer) organic substances. In the acid fermentation process, low molecular organic substances are decomposed into organic acids, In the methane fermentation process, organic acids such as acetic acid, carbon dioxide, and hydrogen are converted to methane by methanogenic bacteria.

혐기성 소화는 적응된 미생물의 식종여부나 기질의 특성, 온도 등의 다양한 변수에 따라 유기물 분해속도와 메탄가스 발생속도 및 함량이 다양하게 변하는 특성이 있다. 원활한 혐기성소화 공정의 운전을 위해서는 율속단계인 가수분해 과정에서 효과적인 분해가 이루어지는 것이 중요하다. 그리고, 메탄생성 과정의 메탄생성균은 그 성장속도가 상대적으로 느리고 pH, 온도, 독성물질 등에 의한 환경요인에 매우 민감하기 때문에 소화조 운전 초기 산생성에 의한 높은 유기산 농도나 낮은 pH 등의 저해로 전체 혐기성소화 과정에서 안정화에 기인하는 가장 중요한 단계이다. 실제, 운전시작부터 메탄발생이 안정화되는데 까지는 짧게는 2개월에서 많게는 9개월 이상까지 소요된다.The anaerobic digestion is characterized by various rates of organic decomposition rate, methane gas generation rate, and contents depending on various variables such as the species of the adapted microorganisms, characteristics of the substrate, and temperature. In order to operate a smooth anaerobic digestion process, it is important that the hydrolysis process, which is a rate-limiting step, is effectively decomposed. Methane-producing bacteria in the methanogenesis process are relatively slow in growth rate and are very sensitive to environmental factors such as pH, temperature, toxic substances, etc. Therefore, the total anaerobic It is the most important step due to stabilization in digestion process. Actually, it takes from 2 months to more than 9 months until methane generation stabilizes from the start of operation.

상기 혐기성소화 문제점을 극복하고 메탄발생량을 극대화하기 위해서 가수분해 과정에서 고온, 고압, 초음파 등의 전처리와 산발효 단계에서 고온 산발효, 상분리(Two-Phase) 등의 방법, 메탄발효 단계에서의 미생물 부착 여재, 미량원소 첨가, 교반효율 향상, 상향류식 혐기성소화 등의 다양한 방법이 제시되어 왔지만, 뚜렷한 대응방안으로 제시되기는 어려움이 있었다.In order to overcome the anaerobic digestion problem and to maximize the amount of methane generation, a method such as high-temperature acid fermentation and two-phase pretreatment such as high temperature, high pressure and ultrasonic wave in the hydrolysis process and acid fermentation step, Various methods have been suggested such as adhesion media, addition of trace elements, improvement of agitation efficiency, and upflow anaerobic digestion. However, it has been difficult to present them as a clear countermeasure.

최근, MFC(Microbial Fuel Cell)나 MEC(Microbial Electrolysis Cell) 등과 같은 생물학적 전기화학 기술(Bio-Electrochemical Technology, BET)이 지속 가능한 신재생에너지의 생산기술로서 큰 주목을 받고 있다. 이러한 생물학적 전기화학 기술을 혐기성소화조 내에 적용할 경우 고농도 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하고 전기화학적 메탄 환원을 통하여 메탄가스의 발생을 극대화할 수 있다고 알려지면서 다양한 방법의 생물학적 전기화학 기술이 접목되고 있다.In recent years, bio-electrochemical technology (BET) such as MFC (Microbial Fuel Cell) and MEC (Microbial Electrolysis Cell) has received great attention as a sustainable renewable energy production technology. When applied to anaerobic digestion tank, it is possible not only to rapidly decompose high-concentration organic wastes but also to decompose volatile fatty acids (VFAs), toxic substances and non-biodegradable substances by electrochemical reactions and to perform electrochemical methane reduction It is known that it is possible to maximize the generation of methane gas through various methods of biological electrochemical technology.

초기 생물학적 전기화학기술은 분리막(Membrane)이 존재하는 Two-chamber의 환원전극에서 최종전자수용체 종류에 따라 전기나 수소가스를 생산하는 MFC 및 MEC 기술이 주를 이루었지만, 최근에는 분리막(Membrane)에 의한 내부저항이나 그에 따른 pH 분극현상 등의 문제점으로 단일 혐기성소화조 내 전기화학적 셀이 적용된 메탄생성에 관심을 갖게 되었다(Zhang 등 2013, Wang 등 2010).Early biochemical electrochemical techniques were mainly focused on MFC and MEC technologies that produce electricity or hydrogen gas depending on the type of the final electron acceptor in a two-chamber reduction electrode where a membrane is present. Recently, however, (Zhang et al., 2010; Wang et al., 2010). In this study, we investigated the effect of methane production in a single anaerobic digester.

이러한 내부저항은 단일 반응조 전기화학적 기술의 실용화(Scale-up)를 위해 반드시 극복해야 할 인자이기 때문에 선행된 대부분의 생물학적 전기화학 반응조는 내부저항을 최소화하기 위하여 전극간의 거리를 최대한 가깝게 하고, 양이온의 물질전달을 최대화하기 위하여 100mL 이하의 반응조에서 수행되어 왔다(Call and Logan, 2008, Cheng and Logan, 2007). 또한, 내부저항의 핵심요소인 전극을 반응조 내부에 별도 설치함에 따라 체류시간 감소와 교반효율 저하, 그에 따른 양이온 물질전달력 저하 등의 문제점에서 벗어나지 못하였다.Since this internal resistance is a factor that must be overcome for the scale-up of a single-tank electrochemical technique, most of the preceding biological electrochemical reactors require the distance between electrodes to be as close as possible to minimize internal resistance, (Call and Logan, 2008, Cheng and Logan, 2007) to maximize mass transfer. In addition, since the electrode, which is a core element of the internal resistance, is installed separately in the reaction vessel, it can not escape from problems such as reduction of the residence time, lowering of stirring efficiency, and deterioration of the transferring ability of the cation material.

이러한 대부분의 생물학적 전기화학 반응조에서는 내부저항의 주요인자인 양이온 물질전달(Mass Transfer)을 극복하지 못하여 실용화를 위한 스케일 업(Scale-up)에 한계를 보이고 있다.Most of these biological electrochemical reactors can not overcome the mass transfer, which is a major factor of internal resistance, and show a limit to the scale-up for commercialization.

특허등록 제10-1016781호 (2011.02.15)Patent Registration No. 10-1016781 (Feb. 15, 2011)

본 발명의 목적은 혐기성소화조에 필요한 교반기와 전기화학적 반응조에 필요한 전도성 셀을 접목하여 양이온 물질전달력을 극대화하고 내부저항을 최소화한 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an anaerobic digester agitator using a dynamic microorganism electrochemical electrode that maximizes the transfer of cation material and minimizes internal resistance by combining a stirrer necessary for an anaerobic digestion tank with a conductive cell required for an electrochemical reaction tank .

본 발명의 다른 목적은 반응조 내측면 둘레에 환원성 전극을 배치하여 전류밀도를 최대화하고, 반응조의 실용화를 위한 스케일 업(Scale-up)을 가능하게 하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an anaerobic digester agitation apparatus using a dynamic microorganism electrochemical electrode capable of maximizing current density by placing a reducing electrode around a side surface in a reaction tank and scaling up the reaction tank for practical use .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치는, 내부에 유기성 폐기물이 저장될 수 있으며 내측면에 환원 전극부가 구비된 반응조, 상기 반응조 내에 회전 가능하게 배치되며 회전축부에 날개를 형성하는 산화 전극부가 돌출되게 구비되는 교반용 임펠러, 상기 교반용 임펠러를 회전시키는 회전모터 및 상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부로 전기전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an anaerobic digester tank agitation apparatus using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention comprises a reaction tank having an internal side on which organic wastes can be stored and a reducing electrode on the inner side, A rotating motor for rotating the stirring impeller, and a power supply unit for supplying electric power to the reducing electrode unit and the oxidizing electrode unit, wherein the oxidizing electrode unit includes: .

본 발명에서 상기 환원 전극부는 상기 반응조의 내측면 둘레로 표면에 직접 형성되거나, 상기 반응조의 측면부를 전도성 재질로 형성함으로써 상기 반응조와 일체로 제조되거나, 별도로 제조되어 상기 반응조 내에 설치될 수 있다.In the present invention, the reduction electrode unit may be formed directly on the surface around the inner surface of the reaction tank, or may be integrally manufactured with the reaction tank by forming the side surface portion of the reaction tank with a conductive material, or may be separately manufactured and installed in the reaction tank.

본 발명에서 상기 회전축부의 상부 측에는 상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되기 위한 접촉식 고정전극부가 구비되며, 상기 접촉식 고정전극부는 상기 회전축부가 관통되어 결합되는 링형상을 가지며 내주면에 상기 회전축부와 접촉되는 축접촉부와, 상기 전원공급부와 도선을 통해 전기적으로 연결되어 상기 축접촉부에 전기전원을 인가하는 도선연결부를 포함할 수 있다.In the present invention, a contact type fixed electrode unit for electrically connecting to the power supply unit is provided on an upper side of the rotary shaft unit. The contact type fixed electrode unit has a ring shape through which the rotation axis part is coupled, And a wire connecting part electrically connected to the power supply part through a wire to apply an electric power to the shaft contact part.

본 발명에서 상기 산화 전극부는, 상기 회전축부의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정 전극판부재 및 상기 고정 전극판부재에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리 전극판부재를 포함할 수 있다.In the present invention, the oxidation electrode portion may include a plurality of fixed electrode plate members protruding from both sides of the rotary shaft portion, and a plurality of separation electrode plate members detachably coupled to the fixed electrode plate member.

본 발명에서 상기 산화 전극부는 양 측면에 각각 상기 고정전극판부재 또는 상기 분리 전극판부재가 결합되는 전극판 결합홈부가 구비된 전극판 연결부재를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the oxidation electrode unit may further include an electrode plate coupling member having electrode plate coupling grooves on both sides of which the fixed electrode plate member or the separation electrode plate member is coupled.

본 발명에서 하나의 상기 고정 전극판부재과 적어도 하나 이상의 상기 분리 전극판부재를 포함하는 하나의 전극열이 상기 회전축부의 길이방향으로 이격되게 복수로 배치될 수 있다.In the present invention, one electrode line including one fixed electrode plate member and at least one separating electrode plate member may be arranged in plural so as to be spaced apart in the longitudinal direction of the rotating shaft portion.

본 발명에서 상기 산화 전극부는 상기 회전축부의 양 측에 각각 구비되는 전극판 고정부재 및 상기 전극판 고정부재에 결합되어 설치되고, 상기 회전축부와 접촉되어 전기적으로 연결되며 도전성 재질로 형성되는 전극판부재를 포함할 수 있다.In the present invention, the oxidation electrode unit includes an electrode plate fixing member provided on both sides of the rotary shaft unit, and an electrode plate member fixedly connected to the rotary shaft unit and electrically connected to the electrode plate fixing member, . ≪ / RTI >

본 발명에서 상기 전극판 고정부재는 상기 회전축부의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정판, 상기 고정판에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리판 및 양 측면에 각각 상기 고정판 또는 상기 분리판이 삽입되는 판 고정홈부가 구비될 수 있다.The electrode plate fixing member may include a plurality of fixing plates protruding from both sides of the rotary shaft portion, a plurality of separation plates detachably coupled to the fixing plate, and a plate fixing groove portion into which the fixing plate or the separation plate is inserted, .

본 발명에서 상기 전원 공급부는 1.0 ~ 1.2V의 전압을 상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부에 인가할 수 있다.In the present invention, the power supply unit may apply a voltage of 1.0 to 1.2 V to the reduction electrode unit and the oxidation electrode unit.

상기 산화전극부의 전위는 -0.1V ~0.5V, 상기 환원 전극부의 전위는 -0.3V ~ 1.2V일 수 있다.The potential of the oxidized electrode portion may be -0.1V to 0.5V, and the potential of the reducing electrode portion may be -0.3V to 1.2V.

본 발명에서 상기 회전 모터로 상기 교반용 임펠러를 10 ~ 200rpm으로 회전시킬 수 있다.In the present invention, the stirring impeller can be rotated at 10 to 200 rpm with the rotary motor.

본 발명에서 상기 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치는 양이온 물질전달을 효율이 우수하여 100 mL 초과의 반응조에도 적용이 가능하다.In the present invention, the anaerobic digester agitator using the dynamic microbial electrochemical electrode has excellent efficiency of cationic substance transfer and can be applied to a reaction vessel of more than 100 mL.

본 발명은 혐기성소화조에 필요한 교반기와 전기화학적 반응조에 필요한 전도성 셀을 접목하여 양이온 물질전달력을 극대화하고 내부저항을 최소화여 단일 반응조의 유기물 제거 효율과 메탄 등의 바이오 가스 발생량을 극대화하는 효과가 있다.The present invention has the effect of maximizing the removal efficiency of organic substances in a single reaction tank and the biogas generation amount such as methane by maximizing the cation material transferring power and minimizing the internal resistance by combining the agitator required for the anaerobic digestion tank and the conductive cell necessary for the electrochemical reaction tank .

또한, 본 발명은 반응조 내측면 둘레에 환원성 전극을 배치하여 반응조 내의전류밀도를 최대화하고, 반응조의 실용화를 위한 스케일 업(Scale-up)을 가능하게 하며, 안정적인 전원공급을 통해 반응조 내의 유기물을 장기간 효과적으로 제거하고, 바이오 가스의 발생량을 안정적으로 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다. In addition, the present invention can maximize the current density in the reaction tank by arranging the reducing electrode around the side surface in the reaction tank, enable the scale-up for practical use of the reaction tank, It is possible to effectively remove the biogas, and to stably secure the generation amount of the biogas.

도 1은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치의 일 실시 예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치의 다른 실시 예를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러의 일 실시 예를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러의 일 실시 예를 도시한 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러의 다른 실시 예를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 접촉식 고정전극부의 일 예를 도시한 상세도.
1 is a schematic view showing an embodiment of an anaerobic digester agitation apparatus using a dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing another embodiment of an anaerobic digester agitator using a dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention. FIG.
3 is a perspective view showing an embodiment of an agitating impeller in an anaerobic digester agitator using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention.
FIG. 4 is a front view showing an embodiment of an agitating impeller in an anaerobic digester agitator using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention. FIG.
5 is a perspective view showing another embodiment of an agitation impeller in an anaerobic digester agitation apparatus using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention.
6 is a detailed view showing an example of a contact type fixed electrode part in an anaerobic digester agitation device using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention.

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

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치의 일 실시 예를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치의 다른 실시 예를 도시한 개략도이다.FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an anaerobic digester agitator using a dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view of a anaerobic digester agitator using a dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention, 1 is a schematic view showing an embodiment.

도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치는 내부에 유기성 폐기물이 저장되는 반응조(10)를 포함한다. 상기 유기성 폐기물은 상기 반응조(10) 내에서 생물학적 및/또는 전기화학적 반응에 의하여 이산화탄소와 메탄 등의 바이오가스와 슬러지 등으로 분해된다.Referring to FIGS. 1 and 2, the anaerobic digester tank agitation apparatus using the dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention includes a reaction tank 10 in which organic waste is stored. The organic waste is decomposed into biogas such as carbon dioxide and methane, sludge and the like by biological and / or electrochemical reaction in the reaction tank 10.

상기 반응조(10)의 상부에는 내부의 유기성 폐기물에서 발생되는 메탄 등의 바이오 가스를 배출시켜 가스 포집부로 전달하는 가스 배출관부(12)가 구비되고, 상기 가스 배출관부(12)에는 가스포집밸브(12a)가 설치된다.The upper part of the reaction tank 10 is provided with a gas discharge tube 12 for discharging biogas such as methane generated from the organic waste in the inside thereof to the gas collecting part. 12a.

상기 가스포집밸브(12a)는 상기 가스 배출관부(12)의 유로를 개폐하여 상기 가스 배출관부(12)로 배출되는 바이오 가스의 배출량을 제어한다. The gas collection valve 12a controls the discharge amount of the biogas discharged into the gas discharge pipe portion 12 by opening and closing the flow passage of the gas discharge pipe portion 12.

상기 반응조(10)의 상부에는 상기 반응조(10)의 내부로 유기성 폐기물을 유입시키는 폐기물 유입관부(13)가 구비되고, 상기 폐기물 유입관부(13)에는 유입제어밸브(13a)가 설치된다. An upper portion of the reaction tank 10 is provided with a waste inflow pipe portion 13 for introducing organic waste into the reaction tank 10 and an inflow control valve 13a is installed in the waste inflow pipe portion 13.

상기 유입제어밸브(13a)는 상기 폐기물 유입관부(13)의 유로를 개폐하여 상기 반응조(10) 내부로 유입되는 유기성 폐기물의 유입량을 제어한다. The inflow control valve 13a controls the inflow amount of the organic waste flowing into the reaction tank 10 by opening and closing the flow passage of the waste inflow pipe 13.

상기 반응조(10)의 하부면에는 상기 반응조(10) 내에서 반응된 유기성 폐기물을 배출시키는 폐기물 배출관부(14)가 구비되고, 상기 폐기물 배출관부(14)에는 배출제어밸브(14a)가 설치된다. A waste discharge tube 14 for discharging the organic waste reacted in the reaction tank 10 is provided on the lower surface of the reaction tank 10 and a discharge control valve 14a is installed on the waste discharge tube 14 .

상기 배출제어밸브(14a)는 상기 폐기물 배출관부(14)의 유로를 개폐하여 상기 반응조(10) 내에서 외부로 배출되는 유기성 폐기물의 배출량을 제어한다. The discharge control valve 14a controls the discharge amount of the organic waste discharged to the outside from the reaction tank 10 by opening and closing the flow passage of the waste discharge pipe 14.

상기 반응조(10)의 내측면 둘레로는 환원 전극부(11)가 구비된다.A reducing electrode unit (11) is provided around the inner surface of the reaction tank (10).

상기 환원 전극부(11)는 전기전도성 재료가 포함되도록 형성되며, 구체적으로 상기 전기전도성 재료는 금속, 합금, 전기전도성 탄소재료, 전기전도성 고분자 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로, 상기 금속으로는 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 주석, 게르마늄 등이 있고, 상기 합금으로는 상기 금속 중 일종 이상을 포함하는 합금이 적용될 수 있으며, 구체적으로 스테인레스 등이 적용될 수 있다. 상기 전기전도성 탄소재료로는, 그라파이트, 전기전도성 카본블랙 등이 적용될 수 있다. 상기 환원 전극부(11)에 적용되는 전기전도성 재료는, 스테인레스, 철 또는 이들 모두가 적용될 수 있다.The reduction electrode unit 11 is formed to include an electrically conductive material. Specifically, the electrically conductive material may be a metal, an alloy, an electrically conductive carbon material, an electrically conductive polymer, or a combination thereof. Specifically, An alloy including one or more of the above metals may be used as the alloy, and stainless steel or the like may be applied to the alloy . As the electrically conductive carbon material, graphite, electrically conductive carbon black, or the like can be applied. The electrically conductive material to be applied to the reduction electrode portion 11 may be stainless steel, iron, or both.

상기 전기전도성 재료를 포함하는 복합재료의 형태(섬유 형상 등), 상기 전기전도성 재료로 코팅된 형태, 또는 상기 전기전도성 재료로 이루어진 형태가 적용될 수도 있다.The shape of the composite material including the electrically conductive material (such as fiber shape), the shape coated with the electrically conductive material, or the shape made of the electrically conductive material may be applied.

상기 반응조(10)의 내측면 둘레로는 환원 전극부(11)가 구비될 경우, 상기 반응조에 수용되는 유기성 폐기물의 체적과 대비하여 비교적 넓은 면적의 환원 전극부(11)를 확보하면서 동시에 이하 설명하는 산화 전극부(30)에서 발생하는 물질의 이동이 원활하도록 할 수 있다. 또한, 전기화학적 반응에 적용되는 전류밀도를 최대화할 수 있으며, 소규모의 실험적인 규모로만 운전이 가능하던 전기화학적 기술이 적용된 혐기성 소화조의 스케일 업이 가능하다.When the reduction electrode unit 11 is provided around the inner surface of the reaction tank 10, the reduction electrode unit 11 having a comparatively large area is secured in comparison with the volume of the organic waste contained in the reaction tank, It is possible to smoothly move the material generated in the oxidation electrode unit 30. In addition, it is possible to maximize the current density applied to the electrochemical reaction, and to scale up the anaerobic digester with electrochemical technology that could only be operated on a small experimental scale.

상기 반응조(10)의 내부에는 산화 전극부(30)로 날개가 형성된 교반용 임펠러(20)가 회전 가능하게 배치된다.An agitating impeller 20 having wings formed by the oxidation electrode unit 30 is rotatably disposed in the reaction tank 10.

상기 교반용 임펠러(20)는 상기 반응조(10)의 중앙에서 회전되어 상기 반응조(10) 내에 저장된 유기성 폐기물을 교반시킨다.The stirring impeller 20 is rotated at the center of the reaction tank 10 to stir the organic waste stored in the reaction tank 10.

상기 교반용 임펠러(20)는 회전 모터(40)에 연결되어 회전되는 회전축부(21), 상기 회전축부(21)의 외측에서 돌출되는 복수의 산화 전극부(30)를 포함한다.The stirring impeller 20 includes a rotating shaft portion 21 connected to the rotating motor 40 and rotated and a plurality of oxidizing electrode portions 30 protruding from the outside of the rotating shaft portion 21.

상기 산화 전극부(30)는 상기 회전축부(21)의 외측에서 돌출되게 구비되어 상기 상기 반응조(10) 내 유기성 폐기물을 교반시키는 역할과 상기 환원 전극부(11)와 전기 화학적 반응을 발생시키는 역할을 동시에 수행한다.The oxidation electrode unit 30 protrudes from the outside of the rotary shaft unit 21 to stir the organic waste in the reaction tank 10 and to generate an electrochemical reaction with the reduction electrode unit 11 .

상기 산화 전극부(30)는 전기전도성 재료가 포함되도록 형성되며, 구체적으로 상기 전기전도성 재료는 금속, 합금, 전기전도성 탄소재료, 전기전도성 고분자 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로, 상기 금속으로는 은, 구리, 금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 주석, 게르마늄 등이 있고, 상기 합금으로는 상기 금속 중 일종 이상을 포함하는 합금이 적용될 수 있으며, 구체적으로 스테인레스 등이 적용될 수 있다. 상기 전기전도성 탄소재료로는, 그라파이트, 전기전도성 카본블랙 등이 적용될 수 있다. 상기 전기전도성 재료를 포함하는 복합재료의 형태(섬유 형상 등), 상기 전기전도성 재료로 코팅된 형태, 또는 상기 전기전도성 재료로 이루어진 형태가 적용될 수도 있다.The oxidation electrode unit 30 is formed to include an electrically conductive material. Specifically, the electrically conductive material may be a metal, an alloy, an electrically conductive carbon material, an electrically conductive polymer, or a combination thereof. Specifically, An alloy including one or more of the above metals may be used as the alloy, and stainless steel or the like may be applied to the alloy . As the electrically conductive carbon material, graphite, electrically conductive carbon black, or the like can be applied. The shape of the composite material including the electrically conductive material (such as fiber shape), the shape coated with the electrically conductive material, or the shape made of the electrically conductive material may be applied.

상기 산화 전극부(30)에 적용되는 전기전도성 재료는, 스테인레스, 철 또는 이들 모두가 적용될 수 있다.The electrically conductive material applied to the oxidation electrode portion 30 may be stainless steel, iron, or both.

상기 회전 모터(40)는 전기전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 상기 교반용 임펠러(20)를 회전시킨다.The rotating motor 40 receives the electric power and generates rotating force to rotate the stirring impeller 20.

상기 교반용 임펠러(20)가 회전하면, 상기 산화 전극부(30) 측에서 발생하는 수소 이온을 포함하는 양이온 물질들이 유체인 유기성 폐기물의 이동과 함께 회전하며 산화 전극부(30) 주변에서 반응조(10)의 측면에 위치하는 환원 전극부(11) 방향으로 이동하고, 반응조 내에서 효과적인 양이온 물질전달이 가능하다.When the stirring impeller 20 rotates, the cation materials including hydrogen ions generated on the oxidizing electrode unit 30 rotate together with the movement of the organic waste that is a fluid, 10 in the direction of the reducing electrode unit 11, and is capable of effective cation mass transfer in the reaction tank.

상기 환원 전극부(11)는 상기 교반용 임펠러(20)를 감싸는 원통형상을 가지는 것을 일 예로 한다.The reducing electrode unit 11 has a cylindrical shape surrounding the stirring impeller 20.

상기 환원 전극부(11)와 상기 산화 전극부(30)는 전원 공급부(50)에 연결되어 각각 전기 전원을 공급받으며 상기 회전축부(21)의 상부 측에는 상기 전원 공급부(50)와 전기적으로 연결되기 위한 접촉식 고정전극부(60)가 구비된다.The reduction electrode unit 11 and the oxidation electrode unit 30 are connected to a power supply unit 50 and are respectively supplied with electric power and are electrically connected to the power supply unit 50 at an upper side of the rotation axis unit 21. [ A contact type fixed electrode unit 60 is provided.

상기 전원 공급부(50)는 상기 환원 전극부(11)와 상기 접촉식 고정전극부(60)에 각각 도선(51)으로 전기적으로 연결되고, 상기 접촉식 고정전극부(60)를 통해 상기 산화 전극부(30)와 전기적으로 연결되는 것을 일 예로 한다. The power supply unit 50 is electrically connected to the reduction electrode unit 11 and the contact type fixed electrode unit 60 by a conductive wire 51 and is electrically connected to the oxidation electrode 60 through the contact type fixed electrode unit 60. [ As shown in Fig.

상기 접촉식 고정전극의 실시 예는 하기에서 더 상세하게 설명한다. Embodiments of the contact-type fixed electrode are described in more detail below.

도 1을 참고하면, 상기 반응조(10)는 내측면의 표면에 상기 산화전극부를 감싸는 환원 전극부(11)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the reaction tank 10 may have a reduction electrode portion 11 surrounding the oxidation electrode portion on the inner surface thereof.

상기 환원 전극부(11)는 상기 반응조(10)의 내측면 둘레로 표면에 직접 형성될 수 있다. The reduction electrode unit 11 may be formed directly on the surface around the inner surface of the reaction tank 10.

상기 환원 전극부(11)는 상기 반응조(10)의 내측면과 맞닿도록 내경에 대응하는 외경과 형상을 가질 수 있고, 상기 반응조(10)의 내측면에 부착될 수 있으며, 원통형상을 가질 수 있다. The reducing electrode unit 11 may have an outer diameter and a shape corresponding to the inner diameter so as to abut the inner surface of the reaction tank 10 and may be attached to the inner surface of the reaction tank 10, have.

상기 환원 전극부(11)는 상기 반응조(10)의 측면부 일부 또는 전부를 전기전도성 재질로 형성함으로써 상기 반응조(10)와 일체로 제조될 수도 있다.The reduction electrode unit 11 may be integrally formed with the reaction tank 10 by forming a part or all of the side surface of the reaction tank 10 with an electrically conductive material.

도 2를 참고하면, 상기 반응조(10)의 내측면에는 상기 환원 전극부(11)를 지지하는 전극 지지대(15)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2, an electrode support 15 for supporting the reduction electrode unit 11 may be provided on the inner surface of the reaction tank 10.

상기 전극 지지대(15)는 상기 반응조(10)의 하부에서 내측면에서 돌출되게 구비되어 상기 환원 전극부(11)의 하부를 지지하는 하부지지부(15a), 상기 하부지지부(15a)의 단부 측에서 상부로 돌출되어 상기 환원 전극부(11)의 안쪽을 걸어 지지하는 걸림지지부(15b)를 포함할 수 있다.The electrode support 15 protrudes from the inner surface of the reaction tank 10 to support the lower portion of the reduction electrode unit 11 and a lower support unit 15a supporting the lower support unit 15a. And a latching support portion 15b protruding upward to support the inside of the reduction electrode portion 11.

상기 환원 전극부(11)는 상기 반응조(10)의 크기에 따라 적절한 크기 즉, 상기 걸림지지부(15b)와 상기 반응조(10)의 내측면 사이에서 상기 하부지지부(15a) 상에 올려질 수 있도록 반응조 형상에 대응되게 형성될 수 있고, 구체적으로 상기 반응조(10)의 내측면 사이에서 상기 하부지지부(15a) 상에 올려질 수 있는 외경을 가지는 원통형상으로 형성될 수 있다.The reduction electrode unit 11 is appropriately sized depending on the size of the reaction tank 10 so that it can be lifted up on the lower support unit 15a between the engagement support unit 15b and the inner surface of the reaction tank 10. [ And may be formed in a cylindrical shape having an outer diameter that can be lifted up on the lower support portion 15a between the inner surfaces of the reaction tank 10.

도 3은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러(20)의 일 실시 예를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러(20)의 일 실시 예를 도시한 정면도이다.FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of an agitation impeller 20 in an anaerobic digester agitator using a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing a dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention. FIG. 1 is a front view showing an embodiment of an agitation impeller 20 in an anaerobic digester tank agitation apparatus.

도 3 및 도 4를 참고하면 상기 산화 전극부(30)는 상기 회전축부(21)의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정 전극판부재(31), 상기 고정 전극판부재(31)에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리 전극판부재(32)를 포함하여 상기 분리 전극판부재(32)의 장착 개수를 통해 전류밀도를 조절할 수 있다.3 and 4, the oxidation electrode unit 30 includes a plurality of fixed electrode plate members 31 protruding from both sides of the rotary shaft unit 21, The current density can be controlled through the number of the separation electrode plate members 32 including the plurality of separation electrode plate members 32 to be coupled.

또한, 상기 산화 전극부(30)는 양 측면에 각각 상기 고정 전극판부재(31) 또는 상기 분리 전극판부재(32)가 결합되는 전극판 결합홈부(33a)가 구비된 전극판 연결부재(33)를 더 포함할 수 있다.The electrode unit 30 includes an electrode plate connecting member 33 having electrode plate coupling grooves 33a to which the fixed electrode plate member 31 or the separating electrode plate member 32 is coupled, ).

상기 전극판 연결부재(33)는 막대형상으로 형성되고, 양 측면에 각각 길이방향으로 상기 전극판 결합홈부(33a)가 이격되게 복수로 구비될 수 있고, 양 측면에 길이방향으로 상기 전극판 결합홈부(33a)가 일자형으로 구비될 수도 있다.The electrode plate connecting member 33 may be formed in a rod shape and may have a plurality of electrode plate engaging groove portions 33a spaced from each other in the longitudinal direction on both sides thereof, The groove portion 33a may be provided in a straight shape.

상기 전극판 연결부재(33)의 일 측면에는 상기 전극판 결합홈부(33a)에 상기 고정 전극판부재(31)가 결합되고, 상기 전극판 연결부재(33)의 타 측면에는 전극판 결합홈부(33a)에 상기 분리 전극판부재(32)가 결합될 수 있다. The fixed electrode plate member 31 is coupled to the electrode plate coupling groove 33a at one side of the electrode plate connection member 33 and the electrode plate coupling groove 33a is formed at the other side of the electrode plate connection member 33. [ The separator plate member 32 may be coupled to the separator plate 33a.

또한, 상기 전극판 연결부재(33)의 양측면에는 각각 상기 분리 전극판부재(32)가 상기 전극판 결합홈부(33a)에 결합되어 연결될 수 있다.The separator plate member 32 may be coupled to the electrode plate coupling groove 33a on both side surfaces of the electrode plate connection member 33, respectively.

상기 고정 전극판부재(31), 상기 분리 전극판부재(32), 상기 전극판 연결부재(33)는 도전성 재질(전기전도성 재질)로 제조되어 상기 회전축부(21)로부터 전기전원을 공급받게 된다. The fixed electrode plate member 31, the separating electrode plate member 32 and the electrode plate connecting member 33 are made of a conductive material (electric conductive material) and are supplied with electric power from the rotating shaft portion 21 .

하나의 상기 고정 전극판부재(31)과 적어도 하나 이상의 상기 분리 전극판부재(32)로 형성되는 하나의 전극열이 상기 회전축부(21)의 길이방향으로 이격되게 복수로 배치될 수 있다. 상기 전극열의 사이 이격된 공간으로는 유기성 폐기물이 통과하면서 상기 교반용 임펠러부(30)의 저항을 줄여 상기 교반용 임펠러부(30)가 원활하게 회전할 수 있도록 함으로써 교반 시 효율을 향상시킨다.One electrode line formed by one of the fixed electrode plate members 31 and the at least one separating electrode plate member 32 may be arranged in plural so as to be spaced apart in the longitudinal direction of the rotary shaft portion 21. [ The organic waste is passed through the spaces between the electrode rows to reduce the resistance of the stirring impeller 30 so that the stirring impeller 30 can smoothly rotate to improve the stirring efficiency.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 교반용 임펠러(20)의 다른 실시 예를 도시한 사시도로써, 상기 산화 전극부(30)는 상기 회전축부(21)의 양 측에 각각 구비되는 전극판 고정부재(34) 및 상기 전극판 고정부재(34)에 결합되어 설치되고, 상기 회전축부(21)와 접촉되어 전기적으로 연결되며 도전성 재질로 형성되는 전극판부재(35)를 포함할 수 있다. 5 is a perspective view showing another embodiment of the stirring impeller 20 in the anaerobic digester agitator using the dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention, The electrode plate fixing member 34 and the electrode plate fixing member 34 are provided on both sides of the electrode plate fixing member 34. The electrode plate fixing member 34 is electrically connected to the rotation axis portion 21, And a plate member (35).

상기 전극판부재(35)는 위에서 설명한 전기전도성 재료가 적용될 수 있고, 구체적으로 스테인레스 재질 등의 금속 재질로 제조될 수 있고, 그라파이트 또는 도전성 섬유체 등과 같은 비금속 도전성 재질로 제조될 수도 있다.The electrode plate member 35 may be made of an electrically conductive material as described above, and may be made of a metal material such as stainless steel material, or may be made of a non-metal conductive material such as graphite or conductive fiber body.

상기 전극판 고정부재(34)는 상기 회전축부(21)의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정판(34a), 상기 고정판(34a)에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리판(34b), 양 측면에 각각 상기 고정판(34a) 또는 상기 분리판(34b)이 삽입되는 판 고정홈부(34d)가 구비되는 판연결체(34c)를 포함할 수 있다. The electrode plate fixing member 34 includes a plurality of fixing plates 34a protruding from both sides of the rotary shaft 21, a plurality of separation plates 34b detachably coupled to the fixing plate 34a, And a plate connecting body 34c having a plate fixing groove portion 34d into which the fixing plate 34a or the separating plate 34b is inserted, respectively.

상기 고정판(34a), 분리판(34b), 상기 판연결체(34c)는 부도체로 제조되는 것을 일 예로 한다. The fixing plate 34a, the separating plate 34b, and the plate connecting body 34c may be made of nonconductive material.

상기 판연결체(34c)는 막대형상으로 형성되고, 양 측면에 각각 길이방향으로 상기 판 고정홈부(34d)가 이격되게 복수로 구비될 수 있고, 양 측면에 길이방향으로 상기 판 고정홈부(34d)가 일자형으로 구비될 수도 있다.The plate connecting body 34c may be formed in a rod shape and may have a plurality of plate locking grooves 34d spaced apart from each other in the longitudinal direction on both sides thereof. May be provided in a straight line.

상기 판연결체(34c)의 일 측면에는 상기 판 고정홈부(34d)에 상기 고정판(34a)이 결합되고, 상기 판연결체(34c)의 타 측면에는 상기 판 고정홈부(34d)에 상기 분리판(34b)이 결합될 수 있다. The fixing plate 34a is coupled to the plate fixing groove 34d on one side of the plate connector 34c and the plate fixing groove 34d is formed on the other side of the plate connector 34c. (34b) can be coupled.

또한, 상기 판연결체(34c)의 양측면에는 각각 상기 분리판(34b)이 상기 판 고정홈부(34d)에 결합되어 연결될 수 있다.In addition, the separating plate 34b may be coupled to the plate fixing groove 34d on both side surfaces of the plate connector 34c.

상기 고정판(34a)과 상기 분리판(34b)에는 상기 전극판부재(35)를 설치하기 위한 전극설치구멍(36)이 형성될 수 있고, 상기 전극설치구멍(36)은 상기 고정판(34a)과 상기 분리판(34b) 중 가장 끝단 측에 위치하는 즉, 상기 고정판(34a)과 가장 멀리 이격된 분리판(34b)에 구비되는 것을 일 예로 한다.The fixing plate 34a and the separator plate 34b may be provided with electrode mounting holes 36 for mounting the electrode plate members 35. The electrode mounting holes 36 may be formed in the fixing plates 34a, And a separation plate 34b located at the most end side of the separation plate 34b, that is, the separation plate 34b which is farthest from the fixing plate 34a.

상기 전극판부재(35)는 상기 전극설치구멍(36)을 통해 볼트 체결되어 설치되는 것을 일 예로 하고, 이외에도 구멍을 통해 설치되는 공지의 결합 구조를 이용하여 다양하게 변형 실시될 수 있다. The electrode plate member 35 may be bolt-fastened through the electrode mounting hole 36, and may be modified in various ways using a known coupling structure that is provided through holes.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치에서 접촉식 고정전극부(60)의 일 예를 도시한 상세도로써, 도 6을 참고하면 상기 접촉식 고정전극부(60)는 상기 회전축부(21)가 관통되어 결합되는 링형상을 가지며 내주면에 상기 회전축부(21)와 접촉되는 축접촉부(61)와, 상기 전원 공급부(50)와 도선(51)을 통해 전기적으로 연결되어 상기 축접촉부(61)에 전기전원을 인가하는 도선연결부(62)를 포함한다.6 is a detailed view showing an example of the contact type fixed electrode unit 60 in the apparatus for anaerobic digestion tank agitation using the dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention. Referring to FIG. 6, The unit 60 includes a shaft contact portion 61 having a ring shape through which the rotary shaft portion 21 is coupled and which is in contact with the rotary shaft portion 21 on the inner circumferential surface thereof, And a wire connection portion 62 electrically connected to the shaft contact portion 61 to apply electric power to the shaft contact portion 61.

즉, 상기 회전축부(21)는 상기 축접촉부(61)에 접촉되어 상기 전원 공급부(50)와 전기적으로 연결됨으로써 상기 산화 전극부(30)로 안정적인 전원 공급을 가능하게 한다.That is, the rotary shaft portion 21 is in contact with the shaft contact portion 61 and is electrically connected to the power supply portion 50, thereby enabling stable supply of power to the oxidation electrode portion 30.

본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치는 상기 접촉식 고정전극부(60)를 이용하여 회전운동을 하는 상기 산화 전극부(30)에 전기 전원을 공급하여 회전 운동을 하는 상기 교반용 임펠러(20)의 상기 회전축부(21)에 도선(51)을 연결하는 경우 도선(51)의 단락 등의 문제점을 해결하고, 안정적인 전기 반응을 할 수 있도록 한다. The apparatus for anaerobic digester agitation using the dynamic microbial electrochemical electrode according to the present invention is characterized in that an electric power is supplied to the oxidation electrode unit (30) rotating using the contact type fixed electrode unit (60) When the conductive line 51 is connected to the rotary shaft 21 of the impeller 20, the problem of short-circuiting of the conductive line 51 is solved and a stable electrical reaction can be performed.

본 발명에 따른 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치는 상기 전원 공급부(50)에서 1.0 ~ 1.2V의 전압을 상기 환원 전극부(11)와 상기 산화 전극부(30)에 인가하여 운전될 수 있다. 상기 회전 모터(40)는 상기 교반용 임펠러(20)를 10 ~ 200rpm으로 회전시켜 교반에 의해 발생하는 회전력으로 유체의 이동과 양이온 물질 전달력을 극대화할 수 있다. In the apparatus for anaerobic digester agitation using the dynamic microorganism electrochemical electrode according to the present invention, a voltage of 1.0 to 1.2 V is applied to the reduction electrode unit 11 and the oxidation electrode unit 30 in the power supply unit 50, . The rotary motor 40 can rotate the impeller 20 at a speed of 10 to 200 rpm to maximize the movement of the fluid and the transfer of the cation material by the rotational force generated by the stirring.

더 상세하게 상기 산화전극부에 인가되는 전위는 -0.1V ~0.5V, 그리고 상기 환원 전극부(11)에 인가되는 전위는 -0.3V ~ 1.2V가 되도록 조절될 수 있다. 상기 반응조(10) 내의 유기성 폐기물은 상기 산화 전극부(30)의 전극 역할에 의해 산화되고, 전자와 수소이온을 발생시킨다. 산화된 상기 유기성 폐기물에서 발생된 전자는 상기 반응조(10) 내측면의 표면 즉, 상기 환원 전극부(11)로 이동되며, 수소이온 등 양이온은 상기 교반용 임펠러(20)의 회전운동에 의해 직접적으로 상기 환원 전극부(11)로 이동되어 물질 전달력이 최대가 된다. More specifically, the potential applied to the oxidized electrode portion may be adjusted to -0.1V to 0.5V, and the potential applied to the reducing electrode portion 11 may be adjusted to -0.3V to 1.2V. The organic waste in the reaction tank 10 is oxidized by the role of an electrode of the oxidation electrode unit 30, and generates electrons and hydrogen ions. The electrons generated from the oxidized organic waste are transferred to the surface of the inner side of the reaction tank 10, that is, to the reducing electrode unit 11, and cations such as hydrogen ions are directly transported by the rotational motion of the stirring impeller 20 And is transferred to the reduction electrode unit 11 to maximize the mass transfer force.

더 상세하게는 상기 산화 전극부(30)의 표면에서는 아래 반응식 1에서와 같이 미생물에 의한 생물학적 메탄생성 반응, 그리고 산생성 반응의 생성물인 유기산 등이 전기화학적으로 분해되어 수소이온 등의 양이온과 전자, 이산화탄소를 생성하는 반응식 2에서와 같이 전기화학적 산화반응이 진행된다.More specifically, on the surface of the oxidation electrode unit 30, as shown in the following reaction formula 1, the biological methane generation reaction by the microorganism and the organic acid which is the product of the acid production reaction are electrochemically decomposed, , An electrochemical oxidation reaction proceeds as shown in Reaction Scheme 2 for producing carbon dioxide.

상기 메탄은 1차적으로 유기성폐기물의 혐기성 소화 과정에서 메탄생성미생물에 의해서 발생하나, 기존의 유기성폐기물의 혐기성 소화에서는 유기산 축적으로 인해 혐기성 소화의 pH가 저하되어 미생물이 활동하지 못하고 메탄 발효가 억제되는 경우가 많았으나, 본 발명에서는 전극(특히, 산화전극)에서 CH3COOH 등과 같은 유기산이 전기적인 산화에 의해 CO2로 전환되는 등의 반응(아래 반응식 참고)에 의하여, 유기산 축적에 의한 pH 저하가 방지되고 안정적으로 유기물의 산화 및 메탄 발효가 이루어질 수 있다.However, in anaerobic digestion of existing organic wastes, the pH of anaerobic digestion is lowered due to the accumulation of organic acids, so that the microorganisms are not activated and the methane fermentation is inhibited In the present invention, in the present invention, by the reaction such as conversion of organic acid such as CH 3 COOH into CO 2 by electrical oxidation in an electrode (particularly, an oxidation electrode) (see the following reaction formula) Oxidation and methane fermentation can be performed stably.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

생물학적 반응: 메탄생성 (Biological reaction: Methanogenesis - 약 70%의 CH3COOH을 CH4로 전환)Biological reaction: Methanogenesis (conversion of about 70% CH 3 COOH to CH 4 )

CH3COOH → CH4 + 2CO2 + energy CH 3 COOH → CH 4 + 2CO 2 + energy

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

전기화학적 산화 반응 (Electrochemical Anode reaction)Electrochemical Anode reaction

CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 8H+ + 8e- CH 3 COOH + 2H 2 O → 2CO 2 + 8H + + 8e -

또한, 생물학적 메탄 발효 외에 아래의 반응식으로 표시한 것과 같이 환원전극(cathode)에서 전기화학 합성에 의한 2차적인 메탄 생성이 가능하여 기존의 혐기성 소화에 비해 고속 메탄 발효가 이루어지게 된다.In addition to biological methane fermentation, it is possible to generate secondary methane by electrochemical synthesis at the reduction electrode as shown in the following reaction formula, thereby achieving high-speed methane fermentation compared to conventional anaerobic digestion.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

전기화학적 환원 반응 (Electrochemical Cathode reaction)Electrochemical Cathode Reaction

CO2 + 8H+ + 8e- → CH4 + 2H2OCO 2 + 8H + + 8e - ? CH 4 + 2H 2 O

한편, 이러한 전기화학적 산화 환원반응의 실용화에 걸림돌이 되어 왔던 양이온 물질전달력 등의 문제는 혐기성 소화조에 새로운 구조로 변경하고 이에 적합한 소재를 적용하여 해결했고, 구체적으로, 본 발명은 혐기성소화조에 필요한 교반기와 전기화학적 반응조(10)에 필요한 전도성 셀을 접목하여 양이온 물질전달력을 극대화하고 내부저항을 최소화여 단일 반응조(10)의 유기물 제거 효율과 메탄 등의 바이오 가스 발생량을 극대화할 수 있다.On the other hand, problems such as the transferring ability of cationic materials, which have been obstacles to practical use of the electrochemical oxidation-reduction reaction, have been resolved by applying a new material to the anaerobic digestion tank and applying suitable materials thereto. Specifically, It is possible to maximize the amount of generated biogas such as methane and the organic removal efficiency of the single reaction tank 10 by maximizing the cation material transferring power and minimizing the internal resistance by combining the conductive cells necessary for the agitator and the electrochemical reaction tank 10.

또한, 본 발명은 반응조(10) 내측면 둘레에 환원성 전극을 배치하여 전류밀도를 최대화하고, 반응조(10)의 실용화를 위한 스케일 업(Scale-up)을 가능하게 하며, 안정적인 전원공급을 통해 반응조(10) 내의 유기물을 장기간 효과적으로 제거하고, 바이오 가스의 발생량을 안정적으로 확보할 수 있도록 한다.In addition, the present invention can maximize the current density by arranging the reducing electrode around the inner side of the reaction tank 10, enable the scale-up for practical use of the reaction tank 10, It is possible to effectively remove the organic matter in the biosensor 10 for a long period of time and to securely generate the biogas generation amount.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

10: 반응조 11: 환원 전극부
12: 가스 배출관부 12a: 가스포집밸브
13: 폐기물 유입관부 13a: 유입제어밸브
14: 폐기물 배출관부 14a: 배출제어밸브
15: 전극 지지대 15a: 하부지지부
15b: 걸림지지부 20: 교반용 임펠러
21: 회전축 30: 산화 전극부
31: 고정 전극판부재 32: 분리 전극판부재
33: 전극판 연결부재 33a: 전극판 결합홈부
34: 전극판 고정부재 34a: 고정판
34b: 분리판 34c: 판연결체
34d: 판 고정홈부 35: 전극판부재
36: 전극설치구멍 40: 회전 모터
50: 전원공급부 51: 도선
60: 접촉식 고정전극부 61: 축접촉부
10: Reaction tank 11: Reduction electrode part
12: gas discharge tube part 12a: gas collection valve
13: waste inlet pipe portion 13a: inflow control valve
14: Waste discharge pipe 14a: Discharge control valve
15: electrode support 15a:
15b: engaging support portion 20: stirring impeller
21: rotating shaft 30: oxidizing electrode part
31: fixed electrode plate member 32: separation electrode plate member
33: electrode plate connecting member 33a: electrode plate connecting groove portion
34: electrode plate fixing member 34a: fixed plate
34b: separating plate 34c: plate connecting body
34d: plate fixing groove portion 35: electrode plate member
36: Electrode mounting hole 40: Rotary motor
50: power supply part 51: conductor
60: contact type fixed electrode part 61:

Claims (8)

내부에 유기성 폐기물이 저장될 수 있으며 내측면에 환원 전극부가 구비된 반응조,
상기 반응조 내에 회전 가능하게 배치되어 있으며 회전축부에 날개를 형성하는 산화 전극부가 돌출되게 구비된 교반용 임펠러,
상기 교반용 임펠러를 회전시키는 회전모터 및
상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부로 전기전원을 공급하는 전원 공급부
를 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
A reaction tank in which organic waste can be stored therein,
An agitating impeller rotatably disposed in the reaction tank and having an oxidizing electrode portion protruding from the rotating shaft portion to form a blade,
A rotating motor for rotating the stirring impeller;
A power supply unit for supplying electric power to the reduction electrode unit and the oxidation electrode unit;
An anaerobic digester agitating device using a dynamic microbial electrochemical electrode including an anaerobic digester.
제1항에서,
상기 환원 전극부는 상기 반응조의 내측면 둘레 표면에 직접 형성되거나, 상기 반응조의 측면부를 전도성 재질로 형성함으로써 상기 반응조와 일체로 제조되거나, 별도로 제조되어 상기 반응조 내에 설치되는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
The method of claim 1,
The reducing electrode unit may be formed directly on the inner circumferential surface of the reaction vessel, or may be manufactured integrally with the reaction vessel by forming a side portion of the reaction vessel with a conductive material, or may be manufactured separately using a dynamic microbial electrochemical electrode Anaerobic digester agitation device.
제1항에서,
상기 회전축부의 상부 측에는 상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되기 위한 접촉식 고정전극부가 구비되며,
상기 접촉식 고정전극부는 상기 회전축부가 관통되어 결합되는 링형상을 가지며 내주면에 상기 회전축부와 접촉되는 축접촉부와, 상기 전원공급부와 도선을 통해 전기적으로 연결되어 상기 축접촉부에 전기전원을 인가하는 도선연결부를 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
The method of claim 1,
A contact type fixed electrode unit for electrically connecting to the power supply unit is provided on an upper side of the rotary shaft unit,
The contact type fixed electrode unit includes a shaft contact portion having a ring shape through which the rotary shaft portion is coupled and connected to the rotary shaft portion on an inner circumferential surface of the shaft contact portion, a wire electrically connected to the power supply portion through a lead wire, An anaerobic digester agitation device using a dynamic microbial electrochemical electrode including a connection.
제1항에서,
상기 산화 전극부는,
상기 회전축부의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정 전극판부재 및
상기 고정 전극판부재에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리 전극판부재를 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
The method of claim 1,
The oxidation electrode portion
A plurality of fixed electrode plate members protruding from both sides of the rotary shaft portion,
And a plurality of separating electrode plate members detachably coupled to the fixed electrode plate member, wherein the electrochemical microbial electrochemical electrode is used for stirring the anaerobic digester.
제4항에서,
상기 산화 전극부는 양 측면에 각각 상기 고정전극판부재 또는 상기 분리 전극판부재가 결합되는 전극판 결합홈부가 구비된 전극판 연결부재를 더 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the oxidation electrode unit further comprises an electrode plate coupling member having electrode plate coupling grooves on both sides of which the fixed electrode plate member or the separation electrode plate member is coupled.
제4항에서,
하나의 상기 고정 전극판부재과 적어도 하나 이상의 상기 분리 전극판부재를 포함하는 하나의 전극열이 상기 회전축부의 길이방향으로 이격되게 복수로 배치되는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
5. The method of claim 4,
Wherein a plurality of electrode rows including one fixed electrode plate member and at least one separating electrode plate member are arranged in a longitudinal direction of the rotary shaft portion so as to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the rotary shaft portion.
제1항에서,
상기 산화 전극부는,
상기 회전축부의 양 측에 각각 구비되는 전극판 고정부재 및
상기 전극판 고정부재에 결합되어 설치되고, 상기 회전축부와 접촉되어 전기적으로 연결되며 도전성 재질로 형성되는 전극판부재를 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
The method of claim 1,
The oxidation electrode portion
An electrode plate fixing member provided on both sides of the rotary shaft portion,
And an electrode plate member coupled to the electrode plate holding member and electrically connected to the rotating shaft unit and formed of a conductive material.
제7항에서,
상기 전극판 고정부재는,
상기 회전축부의 양측에 각각 돌출되는 복수의 고정판,
상기 고정판에 분리 가능하게 결합되는 복수의 분리판 및
양 측면에 각각 상기 고정판 또는 상기 분리판이 삽입되는 판 고정홈부가 구비되는 판연결체를 포함하는 동력학적 미생물전기화학 전극을 이용한 혐기성소화조 교반장치.
8. The method of claim 7,
The electrode plate fixing member
A plurality of fixed plates projecting from both sides of the rotary shaft,
A plurality of separation plates detachably coupled to the fixing plate,
And a plate connecting member having plate fixing grooves for inserting the fixing plate or the separating plate on both sides thereof, respectively, in the anaerobic digester.
KR1020160032242A 2016-03-17 2016-03-17 Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells KR101828870B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160032242A KR101828870B1 (en) 2016-03-17 2016-03-17 Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160032242A KR101828870B1 (en) 2016-03-17 2016-03-17 Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170109124A true KR20170109124A (en) 2017-09-28
KR101828870B1 KR101828870B1 (en) 2018-02-19

Family

ID=60035790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160032242A KR101828870B1 (en) 2016-03-17 2016-03-17 Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101828870B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108939981A (en) * 2018-08-03 2018-12-07 郑州合撷亨商贸有限公司 A kind of process units of environmental protection coating material
CN110330096A (en) * 2019-06-24 2019-10-15 浙江大学 Electrochemical couple anaerobic organism geochemistry microcosm experimental rig and application method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190115647A (en) 2018-04-03 2019-10-14 충북대학교 산학협력단 Side stream cyclic bio-electrochemical module for recovering performance of anaerobic digester

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100201171B1 (en) * 1997-05-22 1999-06-15 방용철 Electrolytic industrial waste water disposal apparatus using waste vapour
KR101575790B1 (en) * 2014-08-05 2015-12-08 (주)한국생물전기화학 Anaerobic digester equipped with bioelectrochemical apparatus and method for anaerobic digestion of organic waste using the anaerobic digester

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108939981A (en) * 2018-08-03 2018-12-07 郑州合撷亨商贸有限公司 A kind of process units of environmental protection coating material
CN110330096A (en) * 2019-06-24 2019-10-15 浙江大学 Electrochemical couple anaerobic organism geochemistry microcosm experimental rig and application method

Also Published As

Publication number Publication date
KR101828870B1 (en) 2018-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. A review on the applications of microbial electrolysis cells in anaerobic digestion
Pham et al. Microbial fuel cells in relation to conventional anaerobic digestion technology
Zhang et al. Microbial fuel cells as pollutant treatment units: research updates
Logan et al. Microbial electrolysis cells for high yield hydrogen gas production from organic matter
CN104478178B (en) Microorganism electrolysis two-stage sludge anaerobic digestion device and utilize the methanogenic method of this device
CN111926045B (en) Electrochemical reactor and method for preparing methane by utilizing organic solid waste anaerobic fermentation
CN103881905B (en) A kind of embedded bio electrosynthesis system and method
KR101828870B1 (en) Development of Agitator by using Dynamic Microbial Electrochemical Cells
CN102352309B (en) Electrolytically promoted anaerobic fermentation apparatus and application method thereof
US10351879B2 (en) Method and system for electro-assisted hydrogen production from organic material
KR101941008B1 (en) Apparatus for bioelectrochemical anaerobic digestion using electrode coated with dielectric material
CN106480102A (en) A kind of method for improving methane production using electrolysis auxiliary anaerobe
JP6586801B2 (en) Microbial fuel cell
Sun et al. Influence of Initial pH on Anodic Biofilm Formation in Single-Chambered Microbial Electrolysis Cells.
KR102387816B1 (en) Method for Biological Methane Conversion of Coal using High Strength Electrostatic Field and Ferrous sulfate
KR20170101480A (en) Anaerobic Digester for High Digestion Rate
CN108796531A (en) The method that a kind of organic composite waste of clean thorough processing tungsten synchronizes recycling metal and by-product hydrogen
JP3891544B2 (en) Hydrogen fermentation bioreactor with built-in fuel cell
CN108217915A (en) For the microorganism electrochemical biological rotating disk of sewage disposal
KR102063975B1 (en) Electrode mixture microbial electrolysis apparatus combined solar cell
CN112441660B (en) Device and method for strengthening anaerobic digestion based on electron transfer coupling microbial electrolytic cell
Cardeña et al. Regulation of the dark fermentation products by electro-fermentation in reactors without membrane
Merabet et al. Hydrogen production from wastewater: A comprehensive review of conventional and solar powered technologies
Dalkilic et al. High-rate biogas production from cattle manure in an integrated microbial electrolysis cell and anaerobic reactor system
CN216863748U (en) Microbial fuel cell for synchronous sewage treatment based on A2/O process

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