KR20190047465A - Descending type microbial fuel cell system and method of operation thereof - Google Patents

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KR20190047465A
KR20190047465A KR1020170141387A KR20170141387A KR20190047465A KR 20190047465 A KR20190047465 A KR 20190047465A KR 1020170141387 A KR1020170141387 A KR 1020170141387A KR 20170141387 A KR20170141387 A KR 20170141387A KR 20190047465 A KR20190047465 A KR 20190047465A
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광주과학기술원
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Abstract

A descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention comprises: a reactor including a male screw portion having a first hollow portion formed with a substrate inlet; a reactor holder having a second hollow portion corresponding to the first hollow portion and forming a substrate outlet; a reaction region connecting the first hollow portion of the male screw portion and the second hollow portion of the reactor holder to connect the substrate inlet and the substrate outlet; and a collection tank disposed below the substrate outlet. An air gap is provided between the substrate outlet and the collection tank. A first electrode and a second electrode which are disposed to face each other and a ceramic separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode are disposed in the reaction region. The reactor, reactor holder, air gap, and collection tank are vertically arranged. According to the present invention, the recovery rate of Struvite can be enhanced.

Description

강하형 미생물 연료전지 시스템 및 이의 작동방법{Descending type microbial fuel cell system and method of operation thereof} Described microbial fuel cell system and method of operating the same

본 발명은 강하형 미생물 연료전지 시스템 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성의 세라믹 분리막을 사이에 두고 상부에서 전기를 생산하고, 하부에서 스트루바이트(Struvite)를 생성함으로써 스트루바이트(Struvite)의 생산 능력을 향상시키고, 용이하게 스트루바이트의 회수율을 향상시킬 수 있는 강하형 미생물 연료전지 시스템 및 이의 작동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a descending type microbial fuel cell system and a method of operating the same. More particularly, the present invention relates to a descending type microbial fuel cell system, and more particularly, And more particularly, to a descending type microbial fuel cell system capable of improving the production capacity of struvite and improving the recovery rate of struvite, and a method of operating the same.

자원과 에너지의 고갈, 기후 변화 및 지구 온난화의 위기에 효과적으로 대응하기 위해서는 환경과 에너지 문제를 총체적으로 접근해야 할 필요가 있다. 다시 말해, 이 시대가 안고 있는 자원 및 에너지 고갈, 기후변화 및 지구온난화 등의 문제는 전통적인 환경, 에너지 기술의 불가피한 변화를 촉구하고 있다. In order to effectively cope with the depletion of resources and energy, climate change, and the global warming crisis, it is necessary to take a holistic approach to environmental and energy issues. In other words, the problems of resource and energy depletion, climate change and global warming in this era are urging the inevitable change of traditional environment and energy technology.

따라서 지구가 허용한 범위 내에서 인간의 활동을 확장하기 위해서는 자원순환과 같은 지속 가능한 시스템으로의 체제 전환이 필요하다. Therefore, in order to expand human activities within the limits allowed by the Earth, it is necessary to shift to a sustainable system such as resource circulation.

이와 더불어 환경오염 제어기술과 접목하여 최근에는 자연 생태계의 원리인 물질 및 에너지 순환흐름을 인간사회에 적용한 자원 순환형 시스템의 구현이 지속 가능한 발전의 대안으로 떠오르고 있다. In addition, by combining environmental pollution control technology, the realization of a resource recycling system applying the flow of matter and energy circulation, which is the principle of natural ecosystem, to human society is emerging as an alternative to sustainable development.

이러한 목적을 달성하기 위한 기술을 '녹색기술(green technology)' 혹은 '산업생태 기술(industrial ecology technology)'이라 부르기도 한다. 천연자원의 소비를 억제하면서 환경부하 또한 저감할 수 있는 이 시스템에서 주목할 점은 순환자원이다. 순환자원은 폐기물로부터 추출된 유용한 자원을 의미하며, 폐기물이 새로운 에너지 혹은 물질의 원천으로 활용될 수 있다. The technology to achieve this goal is called 'green technology' or 'industrial ecology technology'. In this system, which can reduce the environmental load while suppressing the consumption of natural resources, it is a circulating resource. Circulating resources represent valuable resources extracted from waste, and waste can be used as a source of new energy or material.

유용자원을 회수할 만한 폐기물로는 인류가 살아감에 있어 발생할 수 밖에 없는 폐수가 단연 돋보이는 자원일 수 있다. 폐수 내에는 폐수의 성상에 따라 큰 차이를 보이는 경우도 있지만, 대체로 높은 유기물 함량과 고농도의 인과 질소 등의 영얌 염유가 다량 존재하고 있다. 유기물의 화학에너지와 영양 염류를 회수하기 위한 방안들이 제시되고 있는 중에, 미생물연료전지를 기반으로 한 시스템이 속속들이 소개되고 있다.Wastes that can be recovered from useful resources are wastes that can only be generated by living human beings. In wastewater, wastewater may vary greatly depending on the characteristics of the wastewater, but generally there is a large amount of high organic matter content and high concentration of phosphorus and nitrogen such as phosphorus and nitrogen. While suggesting ways to recover the chemical energy and nutrients of organic matter, systems based on microbial fuel cells are being introduced intensively.

미생물연료전지(MFC, microbial fuel cell)는 생명과학과 환경 바이오 공학 및 전기화학의 비약적 발전으로 탄생한 대표적 자원 순환형 시스템이다. 미생물연료전지는 폐수 내 존재하는 유/무기물의 잠재된 화학 에너지를 생촉매 전기화학반응을 이용하여 직접 전기 에너지로 전환할 수 있다.Microbial fuel cell (MFC) is a representative resource recycling system that was born from the breakthrough of life sciences, environmental biotechnology and electrochemistry. Microbial fuel cells can convert the potential chemical energy of oil / minerals present in wastewater to direct electrical energy using biocatalytic electrochemical reactions.

이러한 미생물연료전지는 인간이 사용하고 버린 오염물질로부터 유용한 에너지를 회수하기 때문에 단순한 재생에너지의 의미를 넘어서 특히, 미생물연료전지의 생촉매 전기 생산 기술이 하폐수처리장과 연계될 경우, 과거의 소극적 환경처리 시설이 에너지 생산시설로, 또는 더 나아가 에너지 자립형 자원순환 시스템으로 발전하는데 크게 일조할 수 있다. These microbial fuel cells recover useful energy from the pollutants used and abandoned by humans. Therefore, beyond the meaning of simple renewable energy, especially when the biocatalyst production technology of microbial fuel cells is connected with the wastewater treatment plant, It can greatly help facilities evolve into energy production facilities, or even energy-independent resource recycling systems.

이에 따라 최근에는 미생물연료전지의 운전 매카니즘을 기반으로 폐수에서 전기에너지뿐만 아니라 염양 염류를 회수하고자 하는 시도가 이루어지고 있으며, 회수되는 영양 염류의 형태 중 대표적으로 스트루바이트(struvite)가 있다. In recent years, attempts have been made to recover not only electrical energy but also saline salts from wastewater based on the operation mechanism of a microbial fuel cell. Struvite is a typical type of recovered nutrient salt.

상기한 스트루바이트(Struvite)는 인과 질소, 마그네슘으로 구성된 화합물로 비료의 원료로 사용될 수 있어 시장 경제적인 가치가 높게 평가되고 있다. Struvite is a compound composed of phosphorus, nitrogen and magnesium, and can be used as a raw material for fertilizer, so that the market economy value is highly evaluated.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다공성의 세라믹 분리막을 사이에 두고 상부에서 전기를 생산하고, 하부에서 스트루바이트(Struvite)를 생성함으로써 스트루바이트(Struvite)의 생산 능력을 향상시키고, 용이하게 스트루바이트의 회수율을 향상시킬 수 있는 강하형 미생물 연료전지 시스템을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to improve the production capacity of struvite by producing electricity at the upper part of the porous ceramic separator and generating struvite at the lower part, And to provide a descending type microbial fuel cell system capable of improving the recovery rate of tru bite.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 필요한 부품을 간소화시켜 시스템의 구성에 필요한 비용을 절감할 수 있는 강하형 미생물 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a descending type microbial fuel cell system that can simplify necessary components and reduce the cost required for the construction of a system.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다공성 세라믹 분리막의 특성에 기반하여 폐수처리 능력을 향상시킬 수 있는 강하형 미생물 연료전지 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a descending type microbial fuel cell system capable of improving wastewater treatment capability based on characteristics of a porous ceramic membrane.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템은 기질 유입구를 형성한 제1 중공부를 구비하는 수나사부를 포함하는 반응조, 상기 제1 중공부에 대응되며 기질 유출구를 형성하는 제2 중공부가 배치된 반응기 홀더, 상기 수나사부의 제1 중공부와 상기 반응기 홀더의 제2 중공부를 결합시켜 상기 기질 유입구 및 상기 기질 유출구를 연결시키는 반응 영역 및 상기 기질 유출구 하부에 배치되는 수집조를 포함하되, 상기 기질 유출구와 상기 수집조 사이에는 에어 갭을 배치되며, 상기 반응 영역에는 대향 배치되는 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 세라믹 분리막이 배치되고, 상기 반응조, 반응기 홀더, 에어 갭 및 수집조는 수직 배열된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a descending type microbial fuel cell system including a reaction tank including a male thread portion having a first hollow portion formed with a substrate inlet, a first hollow portion corresponding to the first hollow portion, A reaction zone for joining the first hollow portion of the male screw portion and the second hollow portion of the reactor holder to connect the substrate inlet and the substrate outlet, and a reaction zone for connecting the substrate inlet and the substrate outlet A first electrode and a second electrode arranged opposite to each other in the reaction region and a second electrode disposed between the first electrode and the second electrode, A separation membrane is disposed, and the reaction vessel, the reactor holder, the air gap and the collection vessel are arranged vertically.

상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 상부에 배치된 상기 반응조는 전기를 생성하고, 상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 하부에 배치된 상기 수집조는 스트루바이트(Struvite)를 생성할 수 있다. The reaction tank disposed above the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates electricity, and the collecting tank disposed below the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates struvite .

상기 수나사부는 링 형상으로 형성되고, 상기 반응조와 일체형으로 배치될 수 있다.The externally threaded portion is formed in a ring shape and can be disposed integrally with the reaction tank.

상기 수나사부는 상기 반응조의 하면에서 돌출되게 배치되며, 상기 수나사부의 내경에 상기 제1 중공부가 배치되고, 상기 수나사부의 외경에는 제1 스크류가 배치될 수 있다.The externally threaded portion is disposed so as to protrude from the lower surface of the reaction tank, the first hollow portion is disposed on the inner diameter of the male threaded portion, and the first screw is disposed on the outer diameter of the male threaded portion.

상기 반응기 홀더는 내경과 외경을 구비한 링 형상으로 배치되며, 상기 반응기 홀더의 내경에는 제2 스크류가 배치되며, 상기 수나사부의 제1 스크류와, 상기 제2 스크류가 결합될 수 있다.The reactor holder is disposed in a ring shape having an inner diameter and an outer diameter. A second screw is disposed in the inner diameter of the reactor holder, and the first screw and the second screw of the male screw portion can be coupled.

상기 반응 영역에는 가스켓, 집전기가 더 배치될 수 있다.A gasket and a current collector may be further disposed in the reaction region.

상기 가스켓은 상기 집전기, 제1 전극, 제2 전극 및 세라믹 분리막을 지지/고정시킬 수 있다. The gasket may support / fix the collector, the first electrode, the second electrode, and the ceramic separator.

상기 제1 전극과 상기 제2 전극에는 전기소자가 더 연결될 수 있다.An electric element may further be connected to the first electrode and the second electrode.

상기 세라믹 분리막은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The ceramic separator may be made of porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge) And at least one selected from these compounds.

상기 반응조에는 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액이 제공될 수 있다. The reaction tank may be provided with a first solution containing an electrochemically active microorganism.

상기 세라믹 분리막은, 상기 제1 용액에 대해 정삼투압 현상을 진행시켜고, 상기 제1 용액을 필터링시켜 물과 이온을 포함하는 제2 용액을 상기 수집조로 제공할 수 있다. The ceramic separation membrane may provide a second solution containing water and ions to the collection tank by advancing a positive osmotic pressure process on the first solution and filtering the first solution.

상기 수집조에는 상기 세라믹 분리막을 통과한 상기 제2 용액의 석출물이 강하할 수 있다, The precipitate of the second solution that has passed through the ceramic separator may be lowered into the collection tank.

상기 에어 갭은, 상기 제2 전극과 상기 수집조를 이격시킬 수 있다. The air gap may separate the second electrode from the collection tank.

상기 에어 갭은 상기 제2 전극과 상기 수집조가 2mm 이상의 범위로 이격된 간격에 배치될 수 있다. The air gap may be spaced apart by a distance of 2 mm or more between the second electrode and the collecting bath.

상기 수집조에는 pH 범위를 조절하는 첨가제가 첨가될 수 있다. An additive for controlling the pH range may be added to the collection tank.

상기 첨가제는 상기 제2 용액의 pH를 pH 9~10으로 형성하고, 유지하도록 조절시킬 수 있다.The additive can be adjusted to form and maintain the pH of the second solution at pH 9-10.

상기 수집조에는 전해질 용액이 제공될 수 있다. The collection tank may be provided with an electrolyte solution.

상기 전해질 용액은 Mg2+를 포함할 수 있다. The electrolyte solution may contain Mg < 2 + >.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법은 반응조에 제1 용액을 제공하는 단계, 상기 반응조에서 전기를 생성시키는 단계, 상기 제1 용액을 반응기 홀더에 배치된 세라믹 분리막에 유입시켜 제2 용액을 형성하는 단계, 상기 제2 용액을 수집조로 유출시키는 단계, 상기 수집조의 제2 용액에 전해질을 제공하여 상기 수집조에서 석출물을 강하시키는 단계를 포함하되, 상기 석출물은 스트루바이트이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a descending type microbial fuel cell system, comprising: providing a first solution to a reaction tank; generating electricity in the reaction tank; Introducing the second solution into a collecting bath, supplying an electrolyte to the second solution of the collecting bath to lower the precipitate in the collecting bath, Wherein the precipitate is Struvite.

상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 상부에 배치된 상기 반응조는 전기를 생성하고, 상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 하부에 배치된 상기 수집조는 스트루바이트(Struvite)를 생성할 수 있다. The reaction tank disposed above the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates electricity, and the collecting tank disposed below the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates struvite .

상기 세라믹 분리막은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The ceramic separator may be made of porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge) And at least one selected from these compounds.

상기 반응조에는 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액이 제공될 수 있다. The reaction tank may be provided with a first solution containing an electrochemically active microorganism.

상기 세라믹 분리막은, 상기 제1 용액에 대해 정삼투압 현상을 진행시켜고, 상기 제1 용액을 필터링시켜 물과 이온을 포함하는 제2 용액을 상기 수집조로 제공하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법. Characterized in that the ceramic separation membrane is provided with a second solution containing water and ions by progressing a forward osmosis phenomenon with respect to the first solution and filtering the first solution, How the system works.

상기 수집조에는 상기 세라믹 분리막을 통과한 상기 제2 용액의 석출물이 강하할 수 있다. The precipitate of the second solution passing through the ceramic separator may be dropped in the collecting tank.

상기 반응기 홀더와 상기 수집조 사이에는 에어 갭이 배치될 수 있다. An air gap may be disposed between the reactor holder and the collecting bath.

상기 에어 갭은 상기 반응기 홀더와 상기 수집조가 2mm이상의 범위로 이격된 간격에 형성될 수 있다. The air gaps may be formed at intervals such that the reactor holder and the collecting bath are separated by a distance of 2 mm or more.

상기 수집조에는 pH 범위를 조절하는 첨가제가 첨가될 수 있다. An additive for controlling the pH range may be added to the collection tank.

상기 첨가제는 상기 제2 용액의 pH를 pH 9~10으로 형성하고, 유지하도록 조절시킬 수 있다.The additive can be adjusted to form and maintain the pH of the second solution at pH 9-10.

상기 수집조에는 전해질 용액이 제공될 수 있다. The collection tank may be provided with an electrolyte solution.

상기 전해질 용액은 Mg2+를 포함할 수 있다. The electrolyte solution may include Mg 2+ .

본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템은 다공성의 세라믹 분리막을 사이에 두고 상부에서 전기를 생산하고, 하부에서 스트루바이트(Struvite)를 생성함으로써 스트루바이트(Struvite)의 생산 능력을 향상시키고, 용이하게 스트루바이트의 회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The descending type microbial fuel cell system according to the embodiment of the present invention produces electricity at the upper part of the porous ceramic separator, and generates struvite at the lower part to produce the struvite production capacity It is possible to improve the recovery rate of struvite easily.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템은 필요한 부품을 간소화시켜 시스템의 구성에 필요한 비용을 절감할 수 있다. In addition, the descending type microbial fuel cell system according to the embodiment of the present invention can simplify necessary components and reduce the cost required for the construction of the system.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템은 다공성 세라믹 분리막의 특성에 기반하여 폐수처리 능력을 향상시킬 수 있다.The descending type microbial fuel cell system according to the embodiment of the present invention can improve the wastewater treatment capability based on the characteristics of the porous ceramic membrane.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템을 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템의 반응기 홀더 및 반응조를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법을 도시한 순서도이다.
1 is a perspective view illustrating a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a reactor holder and a reaction tank of a descending type microorganism fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation method of a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템의 반응기 홀더 및 반응조를 도시한 분해 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention, 1 is an exploded perspective view showing a reactor holder and a reaction tank of a descending type microorganism fuel cell system according to an embodiment.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 반응 영역(HA)을 포함하는 반응기 홀더(300), 반응조(100), 수집조(200) 및 에어 갭(AG)을 포함한다. 1 to 3, a descending type microbial fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention includes a reactor holder 300 including a reaction region HA, a reaction tank 100, a collection tank 200, And an air gap AG.

여기서 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 반응조(100), 반응기 홀더(350), 에어 갭(AG) 및 수집조(300) 순으로 수직 배열될 수 있다. The descending type microbial fuel cell system 10 may be vertically arranged in the order of the reactor 100, the reactor holder 350, the air gap AG, and the collecting tank 300.

그리고, 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 세라믹 분리막(350)의 상부에 배치된 반응조(100)는 전기를 생성할 수 있고, 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 세라믹 분리막(350)의 하부에 배치된 수집조(200)는 스트루바이트(Struvite)를 생성할 수 있다. In the descending type microbial fuel cell system 10, the reaction tank 100 disposed above the ceramic separator 350 with the ceramic separator 350 therebetween can generate electricity, and the ceramic separator 350 can be disposed between And the collecting tank 200 disposed below the ceramic separator 350 may generate struvite.

먼저, 반응조(100)는 반응조(100)의 하면에 형성된 기질 유입구(140)를 포함할 수 있다. 반응조(100)는 기질 유입구(140)의 테두리를 따라 반응조(100)의 하면에서 돌출된 수나사부(150)를 포함할 수 있다. 수나사부(150)는 반응조(100)와 일체형으로 형성될 수 있다. First, the reaction tank 100 may include a substrate inlet 140 formed on the lower surface of the reaction tank 100. The reaction tank 100 may include a male screw portion 150 protruding from the lower surface of the reaction tank 100 along the rim of the substrate inlet 140. The male screw part 150 may be formed integrally with the reaction tank 100.

구체적으로 수나사부(150)의 외경에는 제1 스크류(155)가 형성되어 있고, 내부에는 제1 중공부(1100)가 형성되어 기질 유입구(140)로 시작되는 중공 형상이 수나사부(150)의 단부까지 이어져 있다. 다시 말해, 수나사부(150)는 링 형상으로 형성되어 있으며, 수나사부(150)의 길이는 반응기 홀더(300)의 두께와 동일하거나 유사한 크기로 배치될 수 있다. Specifically, the first screw 155 is formed on the outer diameter of the male screw part 150, and the first hollow part 1100 is formed in the hollow part of the male screw part 150. The hollow part starts from the substrate inlet 140, To the end. In other words, the male screw part 150 is formed in the shape of a ring, and the length of the male screw part 150 may be the same or similar to the thickness of the reactor holder 300.

그리고, 반응기 홀더(300)는 내경과 외경을 구비한 링 형상으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 반응기 홀더(300)는 반응기 홀더(300)의 내경에 배치되는 제2 스크류(305), 반응기 홀더(300)의 내경으로 형성되는 제2 중공부(1200)를 포함할 수 있다. 제2 중공부(1200)는 기질 유출구(340)로 사용할 수 있다. The reactor holder 300 may be arranged in a ring shape having an inner diameter and an outer diameter. Specifically, the reactor holder 300 may include a second screw 305 disposed in the inner diameter of the reactor holder 300, and a second hollow 1200 formed in the inner diameter of the reactor holder 300. The second hollow portion 1200 may be used as the substrate outlet 340.

여기서, 수나사부(150)의 제1 스크류(155)와, 반응기 홀더(300)의 제2 스크류(305)를 결합시킬 수 있다. 즉, 반응조(100)와 반응기 홀더(300)는 제1, 2 스크류(155, 305)를 통해 결합될 수 있다. Here, the first screw 155 of the male screw part 150 and the second screw 305 of the reactor holder 300 can be engaged. That is, the reactor 100 and the reactor holder 300 may be coupled through the first and second screws 155 and 305.

따라서 결합된 반응조(100)와 반응기 홀더(300)는 기질 유입구(140) 및 기질 유출구(340)를 연결시키는 반응 영역(HA)을 형성할 수 있다. 다시 말해, 제1 중공부(1100)와 제2 중공부(1200)를 결합시켜 중공으로 형성된 반응 영역(HA)을 형성할 수 있다. The combined reaction vessel 100 and the reactor holder 300 may form a reaction zone HA connecting the substrate inlet 140 and the substrate outlet 340. [ In other words, the first hollow portion 1100 and the second hollow portion 1200 may be combined to form a hollow reaction region HA.

여기서 중공으로 형성된 반응 영역(HA)에는 제1 전극(310), 세라믹 분리막(350) 및 제2 전극(320) 등이 배치될 수 있다. The first electrode 310, the ceramic separator 350, and the second electrode 320 may be disposed in the hollow reaction region HA.

한편, 반응조(100)에는 제1 용액(1000)이 배치될 수 있다. 제1 용액(1000)은 전기화학 활성 미생물을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 용액(1000)은 상기 전기화학 활성 미생물을 포함하는 폐수일 수 있다. Meanwhile, the first solution 1000 may be disposed in the reaction tank 100. The first solution 1000 may include an electrochemically active microorganism. In other words, the first solution 1000 may be wastewater containing the electrochemically active microorganism.

상기 전기화학 활성 미생물은 디설포비브리오 불가리스(Disulfovibrio vulgaris), 지오박터 메탈리리듀슨스 (Geobacter metallireducens), 지오박터 설퍼리듀슨스(Geobacter sulfurreducens) 및 스와넬라 오네이덴시스(Shewanella oneidensis)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합일 수 있다. The electrochemically active microorganism may be selected from the group consisting of Disulfovibrio vulgaris, Geobacter metallireducens, Geobacter sulfurreducens and Shewanella oneidensis And may be any one or a mixture of any one or more selected.

상기 전기화학 활성 미생물를 통해 반응조(100)에는 전기가 생성될 수 있다. 상기 전기화학 활성 미생물은 기질을 생분해하여 전자를 발생시킬 수 있다. Electricity may be generated in the reaction tank 100 through the electrochemically active microorganisms. The electrochemically active microorganism may generate electrons by biodegrading the substrate.

여기서 발생된 전자를 전달받을 수 있는 전자 수용체가 필요하며, 상기 전자 수용체로써 제1 전극(310)이 반응 영역(HA)에 배치될 수 있다. 따라서, 전1 전극(310)은 유기물로부터 전자를 받아 발생된 전자를 통해 전기를 생성할 수 있다. An electron acceptor capable of receiving electrons generated therein is required, and the first electrode 310 may be disposed in the reaction region HA as the electron acceptor. Therefore, the former first electrode 310 can generate electricity through electrons generated by receiving electrons from the organic material.

여기서 반응 영역(HA)에서 반응조(100)의 하면에 형성된 중공은 기질 유입구(140)로 역할을 할 수 있고, 반응기 홀더(300)의 하면에 형성된 중공은 기질 유출구(370)로 역할을 할 수 있다. 다시 말해, 중공으로 형성된 반응 영역(HA)의 출구와 입구는 각각 기질 유입구(140)와 기질 유출구(340)로써의 역할을 할 수 있다. The hollow formed in the lower surface of the reactor 100 in the reaction zone HA may serve as the substrate inlet 140 and the hollow formed in the lower surface of the reactor holder 300 may serve as the substrate outlet 370 have. In other words, the outlet and inlet of the hollow formed reaction zone (HA) can serve as substrate inlet 140 and substrate outlet 340, respectively.

이와 같이, 반응조(100)에 배치된 제1 용액(1000)은 반응 영역(HA)의 입구인 기질 유입구(140) 및 반응 영역(HA)의 일부까지 배치될 수 있다. 따라서, 제1 전극(310)은 기질 유출구(140)로 인해 제1 용액(1000)에 담지될 수 있다. 즉, 제1 전극(310)은 상기 전기화학 활성 미생물로 인해 혐기(anaerobic) 조건인 제1 용액(1000) 상에 배치될 수 있다. As such, the first solution 1000 disposed in the reaction tank 100 may be disposed up to a portion of the substrate inlet 140 and the reaction region HA, which are the inlet of the reaction region HA. Accordingly, the first electrode 310 can be supported on the first solution 1000 due to the substrate outlet 140. That is, the first electrode 310 may be disposed on the first solution 1000 that is anaerobic due to the electrochemically active microorganisms.

제1 전극(310)에서는 상기 전기화학 활성 미생물이 전극 표면에 부착되어 생물막(biofilm)을 형성할 수 있다. 이들 전기화학 활성 미생물은 제1 전극(310)의 표면에서 기질을 생분해하여 발생한 전자를 제1 전극(310)에 전달할 수 있다. In the first electrode 310, the electrochemically active microorganism may be attached to the electrode surface to form a biofilm. These electrochemically active microorganisms can transfer electrons generated by biodegradation of the substrate on the surface of the first electrode 310 to the first electrode 310.

제1 전극(310)은 폐수 등 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액(1000)에 항상 젖어 있거나 혹은 전해질에 담지되어 있어 부식에 의해 저항 상승 등의 영향을 미칠 수 있다. 따라서 제1 전극(310)은 표면적을 넓혀 상기 전기화학 활성 미생물의 친화성이 좋아 부착이 용이하여야 하며, 전자를 빨리 전달할 수 있어야 한다. The first electrode 310 is always wetted with the first solution 1000 containing electrochemically active microorganisms such as wastewater or is carried on the electrolyte and may have an influence such as resistance increase due to corrosion. Therefore, the first electrode 310 has a large surface area to facilitate the attachment of the electrochemically active microorganism, and it must be able to transfer electrons quickly.

그리고 반응 영역(HA)에는 제1 전극(310)에 대향 배치되는 제 2전극(320)이 배치될 수 있다. 제1 전극(310) 및 제 2전극(320) 사이에는 세라믹 분리막(350)이 배치될 수 있다. A second electrode 320 disposed opposite to the first electrode 310 may be disposed in the reaction region HA. The ceramic separator 350 may be disposed between the first electrode 310 and the second electrode 320.

구체적으로, 반응 영역(HA)에는 세라믹 분리막(350)을 중심으로 대칭되게 가스켓(380, 390)이 배치될 수 있다. Specifically, gaskets 380 and 390 may be disposed symmetrically around the ceramic separator 350 in the reaction region HA.

상기 가스켓은 링 형상으로 배치될 수 있으며, 기질 유출구(140)에 인접하게 배치되는 제1 가스켓(380)과, 기질 유출구(340)에 인접하게 배치되는 제2 가스켓(390)을 포함할 수 있다. 제1, 2가스켓(380, 390)은 제1, 2 스크류(155, 305)에 결합되어 배치될 수 있다. The gasket may be disposed in a ring shape and may include a first gasket 380 disposed adjacent the substrate outlet 140 and a second gasket 390 disposed adjacent the substrate outlet 340 . The first and second gaskets 380 and 390 may be disposed to be coupled to the first and second screws 155 and 305.

제1, 2 가스켓(380, 390)은 반응기 홀더(300)와 수나사부(150)의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 제1 용액(1000) 등의 용액이 반응 영역(HA) 내부로 누수되는 것을 방지할 수도 있다. The first and second gaskets 380 and 390 can improve the bonding force between the reactor holder 300 and the male screw part 150 and prevent the solution such as the first solution 1000 from leaking into the reaction area HA .

또한, 제1, 2 가스켓(380, 390)은 반응 영역(HA)에 배치되는 제1, 2전극(310, 320), 제1, 2 집전기(360, 370), 세라믹 분리막(350)을 지지/고정시킬 수 있다. 다시 말해, 제1, 2전극(310, 320), 제1, 2 집전기(360, 370), 세라믹 분리막(350)은 반응 영역(HA)의 중공에 배치되기 때문에 지지/고정시키기 위해 제1, 2가스켓(380, 390)을 반응 영역(HA)의 상/하부에 배치시키는 것이 바람직하다. The first and second gaskets 380 and 390 are connected to the first and second electrodes 310 and 320 and the first and second collectors 360 and 370 and the ceramic separator 350 disposed in the reaction region HA. / RTI > In other words, since the first and second electrodes 310 and 320, the first and second collectors 360 and 370, and the ceramic separator 350 are disposed in the hollow of the reaction region HA, , Two gaskets 380 and 390 are preferably arranged on the upper and lower sides of the reaction region HA.

그리고, 제1 가스켓(380)의 하부에는 제1집전기(360)가 배치될 수 있고, 제2 가스켓(390)의 상부에는 제2 집전기(370)가 배치될 수 있다. 구체적으로 제1집전기(360)는 제1 전극(310)과 제1 가스켓(380) 사이에 배치될 수 있고, 제2 집전기(370)는 제2 전극(320)과 제2 가스켓(390) 사이에 배치될 수 있다. 여기서 제1, 2 집전기(360, 370)는 메쉬 형상으로 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 전기를 수집할 수 있는 형상이면 어떠한 형상으로도 배치 가능하다.The first gasket 360 may be disposed below the first gasket 380 and the second gasket 370 may be disposed above the second gasket 390. Specifically, the first collector 360 may be disposed between the first electrode 310 and the first gasket 380, and the second collector 370 may be disposed between the second electrode 320 and the second gasket 390 As shown in FIG. Here, the first and second collectors 360 and 370 may be arranged in a mesh shape, but the present invention is not limited thereto, and any shape can be used as long as the collector can collect electricity.

제1 집전기(360)의 하부에는 제1 전극(310)이 배치될 수 있다. 제1 전극(310)은 전기 전도도(electrical conductivity)가 높고, 저항이 낮아야 하고, 미생물에게 독성이 없어야 하고, 미생물에게 친화성(biocompatibility)이 커야 하고, 화학적 안정성(chemical stability)이 있고, 부식(corrosion)이 되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 단위부피당 비표면적(specific surface area)이 커야 하고, 제1 전극(310)은 미생물 증식에 따른 막힘이 없어야 하고, 규모확대가 용이한 것이 바람직하다. 경우에 따라, 제1 전극(310)은 상기한 조건을 향상시키기 위해 전처리를 통해 미생물 부착성 및 전자 전달력을 향상시킬 수 있다. The first electrode 310 may be disposed under the first collector 360. The first electrode 310 must have high electrical conductivity, low resistance, no toxicity to the microorganism, high biocompatibility with the microorganism, chemical stability, corrosion. Also, it is preferable that the specific surface area per unit volume is large, the first electrode 310 should be free from clogging due to microbial growth, and can be easily enlarged. In some cases, the first electrode 310 can improve microbial adhesion and electron transferability through a pretreatment to improve the above-described conditions.

제1 전극(310)의 하부에는 세라믹 분리막(350)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이에 세라믹 분리막(350)이 배치될 수 있다. The ceramic separator 350 may be disposed under the first electrode 310. In other words, the ceramic separator 350 may be disposed between the first electrode 310 and the second electrode 320.

먼저, 제2 전극(320)은 캐소드 전극일 수 있다. 제2 전극(320)은 제1 전극(310)에서 생성된 전자를 외부 도선(750)을 통해 제2 전극(320)으로 이동시킬 수 있다. First, the second electrode 320 may be a cathode electrode. The second electrode 320 may move the electrons generated from the first electrode 310 to the second electrode 320 through the external conductor 750.

여기서 제1 전극(310)과 제2 전극(320)에 연결된 외부 도선(750)에는 전자 소자(700)가 배치될 수 있다. 전자 소자(700)는 대표적으로 축전기일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 제2 전극(320)은 단위부피당 비표면적을 넓히고, 양성자를 용이하게 포획할 수 있는 높은 산화환원전위를 가지는 것이 바람직하다. Here, the electronic device 700 may be disposed on the external conductor 750 connected to the first electrode 310 and the second electrode 320. The electronic device 700 may be, but is not limited to, a capacitor. It is preferable that the second electrode 320 has a high oxidation-reduction potential capable of widening the specific surface area per unit volume and capturing the proton easily.

그리고, 세라믹 분리막(350)은 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 분리시키며, 다공성의 재료를 사용할 수 있다. The ceramic separator 350 separates the first electrode 310 and the second electrode 320, and a porous material can be used.

세라믹 분리막(350)은 제1전극(310)로 공급된 기질이 제2 전극(320)으로 유입되지 않도록 제1 전극(310)과 제2 전극(320)을 분리하는 역학을 할 수 있고, 협기성 상태인 제1 전극(310)에 산소가 유입되는 것을 방지할 수 있다. The ceramic separator 350 can mechanically separate the first electrode 310 and the second electrode 320 from each other to prevent the substrate supplied to the first electrode 310 from flowing into the second electrode 320, It is possible to prevent the oxygen from being introduced into the first electrode 310, which is in an established state.

세라믹 분리막(350)은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The ceramic separator 350 may be made of a porous material such as porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge) A carrier, and a compound of these.

세라믹 분리막(350)은, 제1 용액(1000)을 대해서 정삼투 현상을 진행시킬 수 있다. 그리고 제1 용액(1000)을 필터링시켜 제2 용액(2000)을 형성할 수 있다. 즉, 세라믹 분리막(350)은 상기 전기화학 활성 미생물 내의 물과 이온을 포함하는 제2 용액(2000)을 형성하고 낙하시켜 수집조(200) 방향으로 제2 용액(2000)을 제공할 수 있다. 여기서 제2 용액(2000)은 물에 이온이 해리된 전해질 용액일 수 있다. The ceramic separator 350 can advance the first osmosis phenomenon with respect to the first solution 1000. Then, the first solution 1000 may be filtered to form the second solution 2000. That is, the ceramic separator 350 may form and drop a second solution 2000 containing water and ions in the electrochemically active microorganism to provide the second solution 2000 in the direction of the collection tank 200. Here, the second solution 2000 may be an electrolytic solution in which ions are dissociated in water.

세라믹 분리막(350)은 통과한 제2 용액(2000)은 제2 전극(320)을 통과하여 수집조(200)에 채워질 수 있다. 구체적으로, 제2 용액(200)은 세라믹 분리막(350)의 공극보다 작은 물과 이온들만이 통과하여 제2 전극(310)을 지나 기질 유출구(340)를 통해 수집조(200)에 제공될 수 있다. The second solution 2000 having passed through the ceramic separator 350 may pass through the second electrode 320 and be filled into the collecting bath 200. The second solution 200 can be supplied to the collecting bath 200 through the second electrode 310 and the substrate outlet 340 through only the water and ions smaller than the pores of the ceramic separator 350 have.

여기서 기질 유출구(340)와 수집조(200) 사이에는 에어 갭(AG)이 배치될 수 있다. 에어 갭(AG)은 제2 전극(320)과 수집조(200)를 이격시켜 반응기 홀더(300)의 내부에서 스트루바이트가 생성되는 방지할 수 있다. Here, an air gap AG may be disposed between the substrate outlet 340 and the collecting bath 200. The air gap AG prevents the second electrode 320 from being separated from the collecting bath 200 to prevent struvite generation inside the reactor holder 300.

또한, 에어 갭(AG)이 수집조(200)와 제2 전극(320) 사이에 배치되어, 수집조(200)에 마그네슘 이온과 pH를 컨트롤하기 위해 주입되는 이온들이 제2 전극(320)이 배치된 반응기 홀더(300), 구체적으로 반응 영역(HA)로 확산되는 방지할 수 있음에 따라 반응기 홀더(300)의 내부, 구체적으로 제2 전극(320) 상에 스트루바이트의 형성을 방지할 수 있다. The air gap AG is disposed between the collecting bath 200 and the second electrode 320 so that the ions injected to the collecting bath 200 to control the magnesium ion and the pH are supplied to the second electrode 320 It is possible to prevent the formation of struvite on the interior of the reactor holder 300, specifically on the second electrode 320 as it can prevent diffusion into the placed reactor holder 300, specifically the reaction zone HA .

예를 들면, 종래에는 스트루바이트(struvite) 결정이 반응기 내부인 제2 전극(cathode) 표면에서 형성되었다. 즉, 종래의 시스템을 기반으로 스트루바이를 회수하고자 할 때에는 시스템의 운전을 멈춰야 하는 문제가 발생하였다. For example, conventionally, struvite crystals were formed on the surface of the second electrode (cathode) inside the reactor. That is, when attempting to recover the strain based on the conventional system, there is a problem that the operation of the system must be stopped.

두 개의 이온교환막을 사용하고 3개의 챔버(Three chamber system)를 사용하는 시스템의 경우, 두 개의 각각 다른 분리막을 사용하여 세 개의 반응조로 운전되는 미생물연료전지의 시스템을 구성하여 운전할 경우 가운데 반응조에서 스트루바이트가 생성될 수 있었다. In the case of a system using two ion exchange membranes and a system using three chambers, when operating a system of microbial fuel cells operated by three reactors using two separate membranes, Truebite could be created.

또한, 종래의 미생물연료전지의 시스템을 구성하기 위해 두 개의 다른 이온교환 능력을 가지고 있는 분리막을 사용해야 하며, 3개의 반응조를 구성해야 하기 때문에 경제적인 문제점이 발생할 수 있다. 게다가 가운데 반응조에서 생성된 스트루바이트를 회수하기 위해서 운전 중인 시스템의 작동을 멈춰야 하는 문제점이 발생할 수 있었다. Further, in order to constitute a system of a conventional microbial fuel cell, a separation membrane having two different ion exchange capacities should be used, and an economical problem may arise because three reaction vessels must be formed. In addition, there was a problem that the operation of the operating system had to be stopped in order to recover the struvite generated in the middle reactor.

또한, 스트루바이트를 생성하기 위해 반응을 유도하는 주입 이온들이 가운데 반응조에서 이온교환막을 통하여 애노드(anode)가 존재하는 다른 두 개의 반응조로 확산될 경우, 미생물연료전지 본연의 역할인 전기생산능력에 악영향을 미치게 되는 단점이 존재하였다. In addition, when the injected ions that induce the reaction to generate struvite are diffused into the other two reaction vessels through the ion exchange membrane in the middle reaction tank, There was a disadvantage that it had an adverse effect.

다른 방안으로 한 개의 이온교환막을 사용하고 듀얼 챔버 또는 싱글 챔버를 사용하는 시스템(Dual chamber or single chamber system)의 경우, 한 개의 이온교환막을 기반으로 운전되는 미생물연료전지 시스템의 경우, 실험적인 과정에서 스트루바이트가 생산되었다고는 하나, 정제되지 않은 화합물일 가능성이 매우 높으며, 스트루바이트의 생성 능력이 두개의 이온교환막을 사용하는 시스템에 비해서도 매우 낮을 수 있었다. 또한 시스템에서 생성된 스트루바이트를 회수하기 위해서는 반응기의 운전을 멈춰야 될 뿐만 아니라 시스템의 구성 상 반응기의 해체 수순을 밟아야 하는 문제점이 존재하였다.In the case of a dual-chamber or single-chamber system using one ion-exchange membrane as an alternative, in the case of a microbial fuel cell system operating on one ion-exchange membrane, Although struvite is produced, it is very likely to be an unpurified compound, and the production capacity of struvite could be very low compared to systems using two ion exchange membranes. In addition, in order to recover the struvite generated by the system, not only the operation of the reactor has to be stopped, but also there has been a problem of disassembling the reactor due to the configuration of the system.

이와 같이, 종래의 미생물연료전지의 시스템은 반응기 내부의 전극 표면 상에 발생된 스트루바이트 결정의 회수가 어렵다는 단점이 존재할 수 있으며, 효율적인 회수가 어렵다는 단점이 존재하였다. As described above, in the conventional microbial fuel cell system, there is a disadvantage that it is difficult to recover struvite crystals generated on the electrode surface in the reactor, and there is a disadvantage that it is difficult to efficiently recover the struvite crystals.

그러나 본 발명에 따른 미생물연료전지의 시스템(10)은 제2 전극(320)과 수집조(200) 사이를 이격시키는 에어 갭(AG)을 배치시킴으로써 반응기 홀더(300), 구체적으로 반응 영역(HA)의 내부에서 스트루바이트(290)가 생성되는 것을 방지할 수 있고 수집조(200)에서 스트루바이트(290)를 생성시켜 용이한 회수가 가능하다. However, the system 10 of the microbial fuel cell according to the present invention can be applied to the reactor holder 300, specifically the reaction zone HA, by placing an air gap AG separating the second electrode 320 from the collecting bath 200. [ It is possible to prevent the struvite 290 from being generated in the inside of the collecting tank 200 and to generate the struvite 290 in the collecting tank 200 to facilitate the recovery.

이와 같이, 에어 갭(AG)은 제2 전극(320) 상에 스트루바이트(290)가 생성되는 것을 방지할 수 있도록 제2 전극(320)과 수집조(200)는 2mm 이상의 범위로 이격시키는 것이 바람직하다. The air gap AG is formed by separating the second electrode 320 and the collecting tank 200 from each other in the range of 2 mm or more so as to prevent the generation of the struvite 290 on the second electrode 320 .

에어 갭(AG)이 2mm 미만의 범위로 배치되는 경우, 제2 전극(320)과 수집조(200)가 너무 근접하게 배치되어 제2 전극(320)의 표면 상에 스트루바이트가 형성되는 문제점이 발생할 수도 있다. When the air gap AG is disposed in a range of less than 2 mm, the second electrode 320 and the collecting bath 200 are disposed too close to each other, and struvite is formed on the surface of the second electrode 320 May occur.

그리고, 제2 전극(320)과 수집조(200) 사이에 에어 갭(AG)을 유지시키기 위해 반응조(100)와 수집조(200)의 가장자리 영역에는 지지대(900)를 더 배치시킬 수 있다. A support 900 may further be disposed at an edge region of the reaction tank 100 and the collecting tank 200 to maintain an air gap AG between the second electrode 320 and the collecting tank 200.

한편, 수집조(200)에 채워진 제2 용액(2000) 상에는 마그네슘 이온 또는 pH를 컨트롤하기 위해 첨가제를 제공할 수 있다. 여기서 마그네슘 이온 또는 pH를 컨트롤하기 위해 첨가제을 전해질(250)로 통칭하기로 한다. On the other hand, on the second solution 2000 filled in the collecting tank 200, an additive may be provided for controlling the magnesium ion or the pH. Here, the additive is referred to as an electrolyte 250 to control magnesium ions or pH.

폐수 내에는 스트루바이트를 석출하기 위한 마그네슘의 필요 양보다 적은 양이 존재하는 경우가 많기 때문에 마그네슘 이온을 제2 용액(2000)에 추가해 줄 수 있다. 즉, 제2 용액(2000) 상에 마그네슘 이온 부족으로 스트루바이트의 석출이 용이하지 않을 수 있다. 그러므로 마그네슘 이온을 포함하는 전해질(250)을 제2 용액(2000) 상에 제공하여 스트루 바이트의 석출을 용이하게 할 수 있다. Magnesium ions may be added to the second solution 2000 because the wastewater often contains an amount smaller than the required amount of magnesium for precipitating struvite. That is, the precipitation of struvite may not be easy due to the lack of magnesium ions on the second solution 2000. Therefore, the electrolyte 250 containing magnesium ions may be provided on the second solution 2000 to facilitate the precipitation of struvite.

그리고, 제2 용액(2000)의 pH를 조절하기 위해 전해질(250)을 첨가할 수 있다. 구체적으로, 전해질(250)은 제2 용액(2000)의 pH를 스트루바이트의 회수율을 높일 수 있는 적정 pH 9~10으로 형성 및 유지할 수 있도록 조절시킬 수 있다.Then, the electrolyte 250 may be added to adjust the pH of the second solution 2000. Specifically, the electrolyte 250 can be adjusted so that the pH of the second solution 2000 can be formed and maintained at an appropriate pH of 9 to 10 to increase the recovery of struvite.

따라서, 제2 용액(2000)으로부터 석출되는 석출물(290)을 수집조(200)에서 석출시킬 수 있다. 여기서 상기 석출물(250)은 스트루바이트일 수 있다. Therefore, the precipitate 290 precipitated from the second solution 2000 can be precipitated in the collecting tank 200. The precipitate 250 may be struvite.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 다공성의 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 반응조(100)에서 전기를 생산하고, 수집조(200)에서 스트루바이트(Struvite)를 생성함으로써 스트루바이트(Struvite)의 생산 능력을 향상시키고, 용이하게 스트루바이트의 회수율을 향상시킬 수 있다. As described above, the descending type microbial fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention produces electricity in the reaction tank 100 through the porous ceramic separator 350, It is possible to improve the production capacity of Struvite and easily improve the recovery rate of Struvite by generating Struvite.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 필요한 부품을 간소화시켜 시스템의 구성에 필요한 비용을 절감할 수 있고, 다공성 세라믹 분리막(350)의 특성에 기반하여 폐수처리 능력을 향상시킬 수 있다. In addition, the descending type microbial fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention can simplify necessary components to reduce the cost required for the system configuration, Can be improved.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법을 도시한 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating an operation method of a descending type microbial fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

여기서 도 4는 중복 설명을 회피하고, 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 3을 인용하여 설명하기로 한다. Here, FIG. 4 avoids redundant description and will be described with reference to FIGS. 1 to 3 for ease of explanation.

도 4에 도시된 바와 같이, 반응조(100)에 제1 용액(1000)을 제공하는 단계(S100), 반응조(100)에서 전기를 생성시키는 단계(S200), 제1 용액(1000)을 반응기 홀더에 배치된 세라믹 분리막(350)에 유입시켜 제2 용액(2000)을 형성하는 단계(S300), 제2 용액(2000)을 수집조(200)로 유출시키는 단계(S400), 수집조(200)의 제2 용액(2000)에 전해질(250)을 제공하여 수집조(200)에서 석출물(290)을 강하시키는 단계(S500)를 포함한다. 여기서, 석출물(290)은 스트루바이트일 수 있다. 4, the first solution 1000 is provided to the reaction tank 100 (S100), the electricity is generated in the reaction tank 100 (S200), the first solution 1000 is supplied to the reactor holder 100, (S400) of flowing the second solution 2000 into the collecting tank 200, and collecting the collected solution 200 in the collecting tank 200, (S500) of supplying the electrolyte (250) to the second solution (2000) of the collecting bath (200) to lower the precipitate (290) in the collecting bath (200). Here, the precipitate 290 may be struvite.

다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)의 작동방법을 통해 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 세라믹 분리막의 상부에 배치된 반응조(100)는 전기를 생성하고, 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 세라믹 분리막(350)의 하부에 배치된 수집조(200)는 스트루바이트(Struvite)를 생성할 수 있다. In other words, the reaction tank 100 disposed above the ceramic separator with the ceramic separator 350 therebetween through the operation method of the descending type microorganism fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention generates electricity, The collecting tank 200 disposed below the ceramic separating film 350 with the ceramic separating film 350 therebetween can generate struvite.

반응조(100)에 제1 용액(1000)을 제공하는 단계(S100)에서, 반응조(100)에는 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액(1000)이 제공될 수 있다. 제1 용액(1000)은 폐수일 수 있다. In step S100 of providing the first solution 1000 to the reaction tank 100, the reaction tank 100 may be provided with a first solution 1000 containing an electrochemically active microorganism. The first solution 1000 may be wastewater.

제1 용액(1000)을 반응기 홀더에 배치된 세라믹 분리막(350)에 유입시켜 제2 용액(2000)을 형성하는 단계(S300) 및 제2 용액(2000)을 수집조(200)로 유출시키는 단계(S400)에서, 세라믹 분리막(350)은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. A step S300 of flowing the first solution 1000 into the ceramic separator 350 disposed in the reactor holder to form a second solution 2000 and a step of flowing the second solution 2000 into the collecting tank 200 The ceramic separator 350 may be formed of porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge), a porous carrier, and a compound thereof.

그리고 세라믹 분리막(350)을 통해 제1 용액(1000)에 대해 정삼투압 현상을 진행시켜고, 제1 용액(1000)을 필터링시켜 물과 이온을 포함하는 제2 용액(2000)을 수집조(200)로 제공할 수 있다. The first solution 1000 is filtered through the ceramic separator 350 and the second solution 2000 containing water and ions is filtered through the collecting vessel 200 ).

한편, 반응기 홀더(300)와 수집조(200) 사이에는 에어 갭(AG)이 배치될 수 있다. 여기서 에어 갭(AG)은 반응기 홀더(300)와 수집조(200)가 2mm 이상의 범위로 이격된 간격에 형성될 수 있다. Meanwhile, an air gap AG may be disposed between the reactor holder 300 and the collecting tank 200. Here, the air gap AG may be formed at intervals of 2 mm or more apart from the reactor holder 300 and the collecting tank 200.

에어 갭(AG)은 제2 전극(320)과 수집조(200)를 이격시켜 반응기 홀더(300)의 내부에서 스트루바이트가 생성되는 방지할 수 있다. The air gap AG prevents the second electrode 320 from being separated from the collecting bath 200 to prevent struvite generation inside the reactor holder 300.

또한, 에어 갭(AG)이 수집조(200)와 제2 전극(320) 사이에 배치되어, 수집조(200)에 마그네슘 이온과 pH를 컨트롤하기 위해 주입되는 이온들이 제2 전극(320)이 배치된 반응기 홀더(300), 구체적으로 반응 영역(HA)로 확산되는 방지할 수 있음에 따라 반응기 홀더(300)의 내부 구체적으로 제2 전극(320) 상에 스트루바이트의 형성을 방지할 수 있다. The air gap AG is disposed between the collecting bath 200 and the second electrode 320 so that the ions injected to the collecting bath 200 to control the magnesium ion and the pH are supplied to the second electrode 320 It is possible to prevent the formation of struvite on the interior of the reactor holder 300, specifically the second electrode 320, as can be prevented from diffusing into the placed reactor holder 300, specifically the reaction zone HA have.

그리고 수집조(200)의 제2 용액(2000)에 전해질(250)을 제공하여 수집조(200)에서 석출물(290)을 강하시키는 단계(S500)에서, 제2 용액(2000) 상에 마그네슘 이온이 제공될 수 있다. In step S500 of providing the electrolyte 250 to the second solution 2000 of the collecting bath 200 and lowering the precipitate 290 in the collecting bath 200, Can be provided.

제2 용액(2000) 상에 마그네슘 이온 부족으로 스트루바이트의 석출이 용이하지 않을 수 있다. 그러므로 마그네슘 이온을 포함하는 전해질(250)을 제2 용액(2000) 상에 제공하여 스트루 바이트의 석출을 이용하게 할 수 있다. The precipitation of struvite may not be easy due to the lack of magnesium ions on the second solution 2000. Therefore, an electrolyte 250 containing magnesium ions may be provided on the second solution 2000 to utilize the precipitation of struvite.

그리고, 제2 용액(2000)의 pH를 조절하기 위해 전해질(250)을 첨가할 수 있다. 구체적으로, 전해질(250)은 제2 용액(2000)의 pH를 스트루바이트의 회수율을 높일 수 있는 적정 pH 9~10으로 형성 및 유지할 수 있도록 조절시킬 수 있다. Then, the electrolyte 250 may be added to adjust the pH of the second solution 2000. Specifically, the electrolyte 250 can be adjusted so that the pH of the second solution 2000 can be formed and maintained at an appropriate pH of 9 to 10 to increase the recovery of struvite.

따라서, 제2 용액(2000)의 석출물(290)을 수집조(200)에서 석출시킬 수 있다. 여기서 상기 석출물(250)은 스트루바이트일 수 있다. Therefore, the precipitate 290 of the second solution 2000 can be precipitated in the collecting tank 200. The precipitate 250 may be struvite.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)의 작동방법은 다공성의 세라믹 분리막(350)을 사이에 두고 반응조(100)에서 전기를 생산하고, 수집조(200)에서 스트루바이트(Struvite)를 생성함으로써 스트루바이트(Struvite)의 생산 능력을 향상시키고, 용이하게 스트루바이트의 회수율을 향상시킬 수 있다. As described above, the operation method of the descending type microorganism fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention produces electricity in the reaction tank 100 with the porous ceramic separator 350 interposed therebetween, By creating Struvite, it is possible to improve the production capacity of Struvite and easily improve the recovery rate of Struvite.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강하형 미생물 연료전지 시스템(10)은 필요한 부품을 간소화시켜 시스템의 구성에 필요한 비용을 절감할 수 있고, 다공성 세라믹 분리막(350)의 특성에 기반하여 폐수처리 능력을 향상시킬 수 있다. In addition, the descending type microbial fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention can simplify necessary components to reduce the cost required for the system configuration, Can be improved.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

10: 강하형 미생물 연료전지 시스템
100: 반응조 140: 기질 유입구
150: 수나사부 155: 제1 스크류
200: 수집조 250: 전해질
290: 석출물 300: 반응기 홀더
305: 제2 스크류 310: 제1 전극
320: 제2 전극 340: 기질 유출구
350: 세라믹 분리막 360: 제1 집전기
370: 제 2집전기 380: 제1 가스켓
390: 제2 가스켓 700: 전자 소자
750: 외부 도선 1000: 제1 용액
1100: 제1 중공부 1200: 제2 중공부
2000: 제2 용액 AG: 에어 갭
HA: 반응 영역
10: Strong Type Microbial Fuel Cell System
100: reaction tank 140: substrate inlet
150: male threads 155: first screw
200: collection tank 250: electrolyte
290: Precipitates 300: Reactor holder
305: second screw 310: first electrode
320: second electrode 340: substrate outlet
350: ceramic separator 360: first collector
370: Second collector 380: First gasket
390: second gasket 700: electronic element
750: outer conductor 1000: first solution
1100: first hollow part 1200: second hollow part
2000: second solution AG: air gap
HA: Reaction zone

Claims (30)

기질 유입구를 형성한 제1 중공부를 구비하는 수나사부를 포함하는 반응조;
상기 제1 중공부에 대응되며 기질 유출구를 형성하는 제2 중공부가 배치된 반응기 홀더;
상기 수나사부의 제1 중공부와 상기 반응기 홀더의 제2 중공부를 결합시켜 상기 기질 유입구 및 상기 기질 유출구를 연결시키는 반응 영역; 및
상기 기질 유출구 하부에 배치되는 수집조; 를 포함하되,
상기 기질 유출구와 상기 수집조 사이에는 에어 갭을 배치되며,
상기 반응 영역에는 대향 배치되는 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 세라믹 분리막이 배치되고,
상기 반응조, 반응기 홀더, 에어 갭 및 수집조는 수직 배열되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
A reaction vessel including a male screw portion having a first hollow portion forming a substrate inlet;
A reactor holder having a second hollow portion corresponding to the first hollow portion and forming a substrate outlet;
A reaction zone connecting the first hollow portion of the male screw portion and the second hollow portion of the reactor holder to connect the substrate inlet and the substrate outlet; And
A collection tank disposed below the substrate outlet; , ≪ / RTI &
An air gap is disposed between the substrate outlet and the collecting tank,
A first electrode and a second electrode disposed opposite to each other in the reaction region, and a ceramic separator disposed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the reactor, the reactor holder, the air gap, and the collection vessel are arranged vertically.
제 1항에 있어서,
상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 상부에 배치된 상기 반응조는 전기를 생성하고,
상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 하부에 배치된 상기 수집조는 스트루바이트(Struvite)를 생성하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
The reaction tank disposed above the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates electricity,
And the collecting bath disposed below the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates a struvite.
제 1항에 있어서,
상기 수나사부는 링 형상으로 형성되고, 상기 반응조와 일체형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the male screw portion is formed in a ring shape and is disposed integrally with the reaction tank.
제 1항에 있어서,
상기 수나사부는 상기 반응조의 하면에서 돌출되게 배치되며, 상기 수나사부의 내경에 상기 제1 중공부가 배치되고, 상기 수나사부의 외경에는 제1 스크류가 배치되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the male screw portion is disposed so as to protrude from a lower surface of the reaction tank, the first hollow portion is disposed on an inner diameter of the male screw portion, and the first screw is disposed on an outer diameter of the male screw portion.
제 4항에 있어서,
상기 반응기 홀더는 내경과 외경을 구비한 링 형상으로 배치되며, 상기 반응기 홀더의 내경에는 제2 스크류가 배치되며,
상기 수나사부의 제1 스크류와, 상기 제2 스크류가 결합되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the reactor holder is disposed in a ring shape having an inner diameter and an outer diameter, a second screw is disposed on an inner diameter of the reactor holder,
Wherein the first screw of the male screw portion and the second screw are engaged with each other.
제 1항에 있어서,
상기 반응 영역에는 가스켓, 집전기가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction zone is further provided with gaskets and current collectors.
제 6항에 있어서,
상기 가스켓은 상기 집전기, 제1 전극, 제2 전극 및 세라믹 분리막을 지지/고정시키는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the gasket supports / fixes the collector, the first electrode, the second electrode, and the ceramic separator.
제 1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극에는 전기소자가 더 연결되는 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode are further connected to an electric element.
제 1항에 있어서,
상기 세라믹 분리막은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
The ceramic separator may be made of porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge) And at least one selected from the group consisting of these compounds.
제 1항에 있어서,
상기 반응조에는 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액이 제공되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction tank is provided with a first solution containing an electrochemically active microorganism.
제 1항에 있어서,
상기 세라믹 분리막은,
상기 제1 용액에 대해 정삼투압 현상을 진행시켜고, 상기 제1 용액을 필터링시켜 물과 이온을 포함하는 제2 용액을 상기 수집조로 제공하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
In the ceramic separator,
Wherein the first solution is subjected to a positive osmotic pressure process and the first solution is filtered to provide a second solution containing water and ions to the collecting tank.
제 11항에 있어서,
상기 수집조에는 상기 세라믹 분리막을 통과한 상기 제2 용액의 석출물이 강하하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the precipitate of the second solution passing through the ceramic separation membrane is lowered into the collection tank.
제 1항에 있어서,
상기 에어 갭은,
상기 제2 전극과 상기 수집조를 이격시키는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
The air gap
And separating the second electrode from the collecting tank.
제 1항에 있어서,
상기 에어 갭은 상기 제2 전극과 상기 수집조가 2mm 이상의 범위로 이격된 간격에 배치되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the air gap is disposed at a distance spaced apart by a distance of 2 mm or more between the second electrode and the collecting bath.
제 1항에 있어서,
상기 수집조에는 pH 범위를 조절하는 첨가제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Characterized in that an additive for adjusting the pH range is added to the collection tank.
제 15항에 있어서,
상기 첨가제는 상기 제2 용액의 pH를 pH 9~10으로 형성하고, 유지하도록 조절시키는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein the additive is configured to form and maintain the pH of the second solution at a pH of from 9 to 10. < RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 수집조에는 전해질 용액이 제공되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the collection vessel is provided with an electrolyte solution.
제 17항에 있어서,
상기 전해질 용액은 Mg2+를 포함하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein the electrolyte solution comprises Mg < 2 + >.
반응조에 제1 용액을 제공하는 단계;
상기 반응조에서 전기를 생성시키는 단계;
상기 제1 용액을 반응기 홀더에 배치된 세라믹 분리막에 유입시켜 제2 용액을 형성하는 단계;
상기 제2 용액을 수집조로 유출시키는 단계;
상기 수집조의 제2 용액에 전해질을 제공하여 상기 수집조에서 석출물을 강하시키는 단계; 를 포함하되,
상기 석출물은 스트루바이트인 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
Providing a first solution to the reaction vessel;
Generating electricity in the reaction vessel;
Introducing the first solution into a ceramic separator disposed in a reactor holder to form a second solution;
Flowing the second solution into a collection tank;
Providing an electrolyte in the second solution of the collecting bath to descend the precipitate in the collecting bath; , ≪ / RTI &
Wherein the precipitate is struvite. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 19항에 있어서,
상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 상부에 배치된 상기 반응조는 전기를 생성하고,
상기 세라믹 분리막을 사이에 두고 상기 세라믹 분리막의 하부에 배치된 상기 수집조는 스트루바이트(Struvite)를 생성하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
The reaction tank disposed above the ceramic separator with the ceramic separator interposed therebetween generates electricity,
Wherein the collection vessel disposed below the ceramic separation membrane with the ceramic separation membrane therebetween generates struvite. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 19항에 있어서,
상기 세라믹 분리막은 다공성의 카본(Carbon), 다공성 실리콘(SiO2), 다공성 이산화 티탄(TiO2), 제올라니트(Zeolite), 다층형(Multi-layer) 세라믹 필터, 다공성 게르마늄(Ge), 다공성 담체 및 이들의 화합물 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
The ceramic separator may be made of porous carbon, porous silicon (SiO2), porous titanium dioxide (TiO2), zeolite, a multi-layer ceramic filter, porous germanium (Ge) And at least one selected from the group consisting of these compounds.
제 19항에 있어서,
상기 반응조에는 전기화학 활성 미생물을 포함하는 제1 용액이 제공되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the reaction tank is provided with a first solution containing an electrochemically active microorganism.
제 19항에 있어서,
상기 세라믹 분리막은,
상기 제1 용액에 대해 정삼투압 현상을 진행시켜고, 상기 제1 용액을 필터링시켜 물과 이온을 포함하는 제2 용액을 상기 수집조로 제공하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
In the ceramic separator,
Wherein the first solution is advanced to a positive osmotic pressure and the first solution is filtered to provide a second solution containing water and ions to the collection tank.
제 19항에 있어서,
상기 수집조에는 상기 세라믹 분리막을 통과한 상기 제2 용액의 석출물이 강하하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the precipitate of the second solution passing through the ceramic separation membrane is lowered into the collection tank.
제 19항에 있어서,
상기 반응기 홀더와 상기 수집조 사이에는 에어 갭이 배치되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
Wherein an air gap is disposed between the reactor holder and the collecting bath.
제 25항에 있어서,
상기 에어 갭은 상기 반응기 홀더와 상기 수집조가 2mm 이상의 범위로 이격된 간격에 형성되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the air gap is formed at a distance spaced apart from the reactor holder by a distance of 2 mm or more.
제 19항에 있어서,
상기 수집조에는 pH 범위를 조절하는 첨가제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
Characterized in that an additive to control the pH range is added to the collection vessel.
제 27항에 있어서,
상기 첨가제는 상기 제2 용액의 pH 를 pH 9~10으로 형성하고, 유지하도록 조절시키는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the additive is adapted to form and maintain a pH of the second solution at a pH of from 9 to 10. < RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 19항에 있어서,
상기 수집조에는 전해질 용액이 제공되는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the collection vessel is provided with an electrolyte solution. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 29항에 있어서,
상기 전해질 용액은 Mg2+를 포함하는 것을 특징으로 하는 강하형 미생물 연료전지 시스템의 작동방법.
30. The method of claim 29,
Wherein the electrolyte solution comprises Mg < 2 + & gt ;.
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