KR20190080367A - Bioelectrochemistry bio energy production system - Google Patents

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경희대학교 산학협력단
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Abstract

A bioelectrochemical bio-energy production system according to the present invention comprises: a reaction unit comprising a reaction tank into which wastewater is introduced; an electrode unit comprising an oxidizing electrode and a reducing electrode provided inside the reaction tank; a blocking unit provided to isolate the oxidizing electrode and the reducing electrode from each other inside the reaction tank to block oxygen generated from the oxidizing electrode from being introduced into the reducing electrode; and a collecting unit for collecting the bio-energy generated from the wastewater by oxidation and reduction reactions in the reaction tank. According to the above configuration, the oxygen generated from the oxidizing electrode can be prevented from flowing into the reducing electrode, thereby contributing to enhancement of bio-energy generation efficiency.

Description

생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템{BIOELECTROCHEMISTRY BIO ENERGY PRODUCTION SYSTEM}{BIOELECTROCHEMISTRY BIO ENERGY PRODUCTION SYSTEM}

본 발명은 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하폐수를 생물 전기화학방식으로 처리함에 있어 발생된 산소가 환원전극으로 유입됨을 차단함으로써 바이오 에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a bio-electrochemical bio-energy production system, and more particularly, to a bio-electrochemical bio-energy production system that can prevent bio-electrochemically generated oxygen from entering the reduction electrode, And a bio-energy production system.

혐기성 소화는 하수슬러지, 음식폐기물, 농축산폐기물, 분뇨, 주정폐수, 펄프 및 제지폐수, 매립지 침출수 등과 같이 유기물의 함량이 높은 다양한 유기성폐수 또는 슬러지형 유기성폐기물을 처리하고 부산물로서 메탄가스와 같은 바이오 에너지를 생산한다. 이러한 바이오 생산 공정이 적용된 생물 전기화학장치는 외부 전압을 인가함으로써 산화전극에서 산소가 발생한다. Anaerobic digestion treats various organic wastewater or sludge type organic wastes with a high content of organic matter such as sewage sludge, food waste, agricultural wastes, manure, sludge wastewater, pulp and paper wastewater, landfill leachate and the like, . In the bio-electrochemical device to which such a bio-production process is applied, oxygen is generated in the oxidation electrode by application of an external voltage.

생물 전기화학장치의 환원전극에 형성되는 미생물들은 혐기성 미생물로써, 산화전극에서 발생한 산소에 노출되면 혐기조건이 깨지게 된다. 이때, 산소의 혐기조건은 바이오 에너지의 발생 효율에 중요 인자임에 따라, 혐기조건이 깨짐으로써 바이오 에너지의 발생율이 저하되게 된다. The microorganisms formed on the reductive electrode of the bioelectrochemical device are anaerobic microorganisms. When exposed to the oxygen generated from the oxidizing electrode, the anaerobic condition is broken. At this time, since the anaerobic condition of oxygen is an important factor for the generation efficiency of bio energy, the generation rate of bio energy is lowered due to the break of the anaerobic condition.

한편, 생물 전기화학 반응이 발생되는 반응조는 일반적으로 일실 타입을 가진다. 이러한 일실 타입의 반응조 내에서는 산화전극으로 산소가 유입됨을 차단하지 못함에 따라, 바이오 에너지의 발생 효율 조절이 어렵다. 이에 따라, 근래에는 반응조 내에서 산화전극으로 산소가 유입됨을 차단함으로써, 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다. On the other hand, a reaction tank in which a bioelectrochemical reaction occurs generally has a single-room type. It is difficult to control the generation efficiency of bioenergy because the oxygen can not be blocked by the oxidizing electrode in the single-type reaction tank. Accordingly, in recent years, various attempts have been made to improve efficiency by blocking oxygen from flowing into the oxidation electrode in the reaction tank.

대한민국 특허출원번호 제10-2001-0025398호Korean Patent Application No. 10-2001-0025398 대한민국 특허출원번호 제10-2010-0111857호Korean Patent Application No. 10-2010-0111857

본 발명은 생물 전기화학 공정 중 환원전극으로 산소가 유입됨을 차단함으로써 바이오 에너지의 발생 효율 조절에 유리한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a bioelectrochemical bio-energy production system which is advantageous in controlling the generation efficiency of bio-energy by blocking the inflow of oxygen into the reduction electrode in the bio-electrochemical process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템은, 하폐수가 유입되는 반응조를 포함하는 반응부, 상기 반응조 내부에 마련되는 산화전극과 환원전극을 포함하는 전극부, 상기 반응조 내부에 상기 산화전극과 환원전극 사이를 상호 격리시키도록 마련되어, 상기 산화전극에서 발생된 산소가 상기 환원전극으로 유입됨을 차단시키는 차단부 및, 상기 반응조 내에서의 산화 및 환원 반응에 의해 상기 하폐수로부터 발생된 바이오 에너지를 포집하는 포집부를 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a bioelectrochemical bio-energy production system comprising a reaction unit including a reaction tank into which wastewater flows, an electrode unit including an oxidation electrode and a reducing electrode provided in the reaction tank, A blocking unit provided between the oxidation electrode and the reduction electrode to block the oxygen generated from the oxidation electrode from flowing into the reduction electrode and an oxidation catalyst that is generated from the wastewater by oxidation and reduction reactions in the reaction tank And collecting bio-energy.

일측에 의하면, 상기 반응조는 1실 타입으로 마련되며, 상기 산화전극 및 환원전극은 상기 반응조 내부에서 상호 마주하도록 상하 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the reaction tank is provided in a one-room type, and the oxidation electrode and the reduction electrode may be vertically arranged to face each other in the reaction vessel.

일측에 의하면, 상기 차단부는, 상기 산화전극과 환원전극 사이에 경사지게 마련된 경사막을 포함하며, 상기 경사막은 상기 반응조 내의 유동 흐름을 상기 포집부측으로 가이드하도록 경사진 형상을 가질 수 있다. According to one aspect of the present invention, the blocking portion includes an inclined film provided between the oxidizing electrode and the reducing electrode so as to be inclined, and the inclined film may have a shape that is inclined to guide the flow in the reaction vessel toward the collecting portion.

일측에 의하면, 상기 산화전극은 상기 차단부를 사이에 두고 상기 환원전극과 마주하도록 상기 차단부에 결합 가능할 수 있다. According to one aspect, the oxidation electrode can be coupled to the blocking portion to face the reducing electrode with the blocking portion interposed therebetween.

일측에 의하면, 상기 산화전극은 상기 차단부에 대해 교체 가능할 수 있다. According to one aspect, the oxidation electrode may be replaceable with respect to the blocking portion.

일측에 의하면, 상기 반응조 내부에 상기 하폐수를 교반시키는 교반기가 마련될 수 있다. According to one aspect of the present invention, a stirrer for stirring the wastewater into the reaction vessel may be provided.

일측에 의하면, 상기 반응조의 상부 측면에 상기 하폐수가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 상호 마주하도록 마련되며, 상기 차단부는 상기 유입관과 유출관 사이를 분리시키도록 상기 반응조의 상부로부터 수직 하방향으로 연장되는 분리막 및, 상기 분리막으로 경사지게 상기 산화전극 및 환원전극 사이로 연장되되, 상기 포집부를 향하는 방향으로 경사진 경사막을 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, an inlet pipe and an outlet pipe through which the wastewater flows into and out of the reaction tank are provided to face each other, and the blocking portion is vertically And an inclined film extending between the oxidation electrode and the reduction electrode inclined by the separation membrane and inclined in a direction toward the collecting part.

일측에 의하면, 상기 포집부는 상기 환원전극에서 생산된 상기 바이오 에너지를 포집하는 제1포집관 및, 상기 산화전극에서 발생된 상기 산소를 포집하는 제2포집관과 연결 가능할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the collecting unit may be connectable to a first collecting pipe collecting the bio-energy produced by the reducing electrode, and a second collecting pipe collecting the oxygen generated from the oxidizing electrode.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템은, 일측에 의하면, 하폐수가 유입되는 반응조를 포함하는 반응부, 상기 반응조 내부에 생물 전기화학 공정을 위해, 상호 마주하도록 배치되는 산화전극 및 환원전극을 포함하는 전극부, 상기 하폐수의 유동 흐름을 가이드하며, 상기 산화전극 및 환원전극 사이를 분리시켜 상기 산화전극에서 발생된 산소가 상기 환원전극으로 유입됨을 차단시키는 차단부 및 상기 반응조 내에서 발생된 바이오 에너지를 포집하는 포집부를 포함한다. According to a preferred embodiment of the present invention, a bioelectrochemical bio-energy production system includes a reaction unit including a reaction tank into which wastewater flows, according to an aspect of the present invention, A blocking portion for guiding the flow of the wastewater and separating the oxidation electrode and the reduction electrode from each other to block oxygen generated from the oxidation electrode from flowing into the reduction electrode; And collecting bio-energy generated in the bio-energy collecting unit.

일측에 의하면, 상기 반응조는 상기 산화전극 및 환원전극이 상호 수직방향으로 마주하도록 내부에 마련되는 1실 타입으로 마련될 수 있다. According to one aspect of the present invention, the reaction tank may be provided with a single chamber type in which the oxidation electrode and the reduction electrode are provided so as to face each other in the vertical direction.

일측에 의하면, 상기 반응조의 상부 측면에 상기 하폐수가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 상호 마주하도록 마련되며, 상기 차단부는 상기 유입관과 유출관 사이를 분리시키도록 상기 반응조의 상부로부터 수직 하방향으로 연장되는 분리막 및, 상기 분리막으로 경사지게 상기 산화전극 및 환원전극 사이로 연장되되, 상기 포집부를 향하는 방향으로 경사진 경사막을 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, an inlet pipe and an outlet pipe through which the wastewater flows into and out of the reaction tank are provided to face each other, and the blocking portion is vertically And an inclined film extending between the oxidation electrode and the reduction electrode inclined by the separation membrane and inclined in a direction toward the collecting part.

일측에 의하면, 상기 산화전극은 상기 차단부에 대해 교체 가능하게 결합될 수 있다. According to one aspect, the oxidation electrode may be interchangeably coupled to the blocking portion.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 생물 전기화학 공정 중 산화전극에서 발생된 산소가 환원전극으로 유입됨을 차단함으로써, 환원전극에서 형성된 혐기성 미생물의 혐기조건이 깨짐을 방지할 수 있게 된다. According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to prevent the anaerobic condition of the anaerobic microorganism formed in the reducing electrode from being broken by blocking oxygen from the oxidizing electrode from entering the reducing electrode during the bioelectrochemical process .

둘째, 환원전극의 혐기성 미생물 조건이 유지됨으로써, 하폐수 내의 유기물제거효율 향상 및 바이오 에너지의 생산 효율 향상에 기여할 수 있게 된다. Second, by maintaining the anaerobic microbial conditions of the reducing electrode, it is possible to improve the efficiency of removing organic matter in the wastewater and improve the production efficiency of bio energy.

셋째, 바이오 에너지 생산 증대로 인해, 경제적 효과도 기대할 수 있게 된다. Third, the increase in bio-energy production can also provide economic benefits.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 그리고,
도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ영역을 확대하여 개략적으로 도시한 확대도이다. 1 is a schematic view showing a bioelectrochemical bio-energy production system according to a preferred embodiment of the present invention. And,
Fig. 2 is an enlarged view schematically showing the II region shown in Fig. 1 in an enlarged manner.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by adding, modifying and deleting constituent elements constituting the embodiment, .

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템(1)은 반응부(10), 전극부(20), 차단부(30) 및 포집부(40)를 포함한다. 1, a bioelectrochemical bio-energy production system 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a reaction unit 10, an electrode unit 20, a blocking unit 30, and a collecting unit 40 .

반응부(10)는 하폐수(W)가 유입되어, 생물 전기화학공정으로 하폐수(W)로부터 바이오 에너지(G1)를 생산하기 위한 반응 공간을 제공한다. 이를 위해, 반응부(10)는 반응조(11), 하폐수 유입부(12), 슬러지 유출부(13) 및 교반기(14)를 포함한다. The reaction unit 10 receives the wastewater W and provides a reaction space for producing the bio-energy G1 from the wastewater W by the bioelectrochemical process. To this end, the reactor 10 includes a reactor 11, a wastewater inlet 12, a sludge outlet 13, and a stirrer 14.

반응조(11)는 일종의 원통형 수조 형상을 가진다. 이러한 반응조(11)는 내부에 하폐수(W)가 유입될 수 있는 1실 타입으로 마련된다. The reaction tank 11 has a cylindrical water tank shape. The reaction tank (11) is provided with a single room type in which the wastewater (W) can be introduced therein.

하폐수 유입부(12)는 하폐수(W)를 반응조(11)의 내부로 유입시킨다. 이때, 하폐수 유입부(12)는 반응조(11)의 상부 일측과 연결되는 유입관(121)을 통해 하폐수(W)를 반응조(11)의 내부로 유입시킨다. The wastewater inflow section 12 introduces the wastewater W into the inside of the reaction tank 11. At this time, the wastewater inflow section 12 introduces the wastewater W into the inside of the reaction tank 11 through the inflow pipe 121 connected to one side of the upper part of the reaction tank 11.

슬러지 유출부(13)는 하폐수(W)의 바이오 에너지(G1) 생산 공정을 거친 하폐수(W)를 반응조(11)의 외부로 유출시키며, 배출된 하폐수(W)에 포함된 슬러지(S)가 슬러지 유출부(13)를 통해 수거된다. 이러한 슬러지 유출부(13)는 반응조(11)의 타측 상부에 마련된 유출관(131)과 연결되어, 반응조(11)로부터 슬러지(S)를 배출받는다. The sludge outflow portion 13 discharges the wastewater W that has undergone the bio-energy production process of the wastewater W to the outside of the reaction tank 11 and the sludge S contained in the discharged wastewater W Is collected through the sludge outlet (13). The sludge outlet 13 is connected to an outlet pipe 131 provided at the other side of the reaction tank 11 to discharge the sludge S from the reaction tank 11.

참고로, 유입관(121) 및 유출관(131)은 하폐수(W)의 상표면 인근 높이의 반응조(11)의 측벽 상부와 연결되며, 반응조(11)의 측벽에 상호 마주하도록 반응조(11)와 연결된다. 그로 인해, 유입관(121)을 통해 유입된 하폐수(W)는 반응조(11)의 상부에서 하부로 유동된 후, 하폐수(W)의 유입력에 의해 상방향으로 다시 유동되어 유출관(131)을 통해 배출된다. 이때, 유출관(131)을 통해 배출되는 하폐수(W)는 소화가 완료된 상태로써, 발생된 슬러지(S)가 따로 슬러지 유출부(13)로 유출되어 수거된다. The inlet pipe 121 and the outlet pipe 131 are connected to an upper portion of the side wall of the reaction tank 11 at a height near the upper surface of the wastewater W. The inlet pipe 121 and the outlet pipe 131 are connected to the side wall of the reaction tank 11, Lt; / RTI > The wastewater W flowing through the inflow pipe 121 flows downward from the upper part of the reaction tank 11 and then flows upward in the upward direction by the input of the wastewater W, Lt; / RTI > At this time, the wastewater W discharged through the outflow pipe 131 is completely extinguished, and the generated sludge S flows out to the sludge outlet 13 separately.

교반기(14)는 반응조(11) 내부에 마련되어, 하폐수(W)를 교반시킨다. 교반기(14)는 하폐수(W)가 반응조(11)의 내부에서 정체되지 않고 지속적으로 유입 및 배출될 수 있도록 교반시킨다. 이러한 교반기(14)는 도 1의 도시와 같이, 반응조(11)의 내부 하측에 설치되어, 후술할 산화전극(22)에 의해 발생된 수소이온을 교반시켜 상방향으로 안내함이 바람직한다. The stirrer 14 is provided inside the reaction tank 11 to stir the wastewater W. The agitator 14 agitates the wastewater W so that the wastewater W can continuously flow in and out of the reaction tank 11 without stagnation. 1, the stirrer 14 is preferably provided inside the reaction tank 11 and guides the hydrogen ions generated by the oxidation electrode 22 to be described later in an upward direction.

한편, 반응조(11)에 하폐수(W)가 연속적으로 공급될 경우, 하폐수(W) 자체의 유입력에 의해 정체됨 없이 유동 가능함에 따라, 교반기(14)가 불필요할 수도 있다. On the other hand, when the wastewater W is continuously supplied to the reaction tank 11, since the wastewater W can flow without being stagnated by the input of the wastewater W itself, the stirrer 14 may be unnecessary.

전극부(20)는 반응조(11)의 내부에 마련되며, 외부에 마련된 전압인가부(21)로부터 외부 전압이 인가되는 산화전극(22) 및 환원전극(23)을 포함한다. 산화전극(22) 및 환원전극(23)은 상호 마주하도록 반응조(11) 내부에 설치되어, 전압이 인가되면 산화 및 환원 반응에 의해 하폐수(W)로부터 바이오 에너지(G1)를 생산한다. The electrode unit 20 is provided inside the reaction tank 11 and includes an oxidation electrode 22 and a reduction electrode 23 to which an external voltage is applied from a voltage application unit 21 provided outside. The oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23 are provided inside the reaction tank 11 so as to face each other and produce biogenic energy G1 from the wastewater W by oxidation and reduction reaction when a voltage is applied.

보다 구체적으로, 산화전극(22)과 환원전극(23)은 반응조(11)에 대해 수직방향으로 상하 적층되어 상호 마주하도록 배치되며, 외부에 마련된 전압인가부(21)로부터 제1 및 제2라인(221)(231)을 통해 전압을 인가받는다. 이때, 산화전극(22) 및 환원전극(23)은 하폐수(W)에 대한 표면적을 증대시키기 위해 상호 교차하는 다수의 전극으로 형성되며, 전기전도도 및 내부식성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 산화전극(22) 및 환원전극(23)은 탄소계열 물질이나 탄소 복합물로 이루어질 수 있다. More specifically, the oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23 are stacked vertically in the vertical direction with respect to the reaction tank 11 so as to face each other, and the first and second lines 21, 22, (221) and (231). At this time, the oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23 are formed of a plurality of mutually intersecting electrodes for increasing the surface area of the wastewater W, and may be formed of a material having excellent electrical conductivity and corrosion resistance. For example, the oxidation electrode 22 and the reduction electrode 23 may be made of a carbon-based material or a carbon composite material.

이러한 산화전극(22)은 제1라인(221)을 통해 전압인가부(21)의 (+) 단자와 연결되며, 환원전극(23)은 제2라인(231)을 통해 전압인가부(21)의 (-) 단자와 연결된다.The oxidation electrode 22 is connected to the positive terminal of the voltage application unit 21 through the first line 221 and the reduction electrode 23 is connected to the voltage application unit 21 through the second line 231. [ (-) terminal of the inverter.

한편, 산화전극(22) 및 환원전극(23)에 외부 전압이 인가됨으로써, 생물 전기화학법에 의해 산화전극(22)에서는 산소(G2)가 발생되고 환원전극(23)에서는 바이오 에너지(G1)가 발생된다. 이러한 산화전극(22) 및 환원전극(23)을 이용하여 하폐수(W)를 생물 전기화학방식으로 산화 및 환원시켜 바이오 에너지(G1)를 생산하는 공정은 공지된 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명은 생략한다. On the other hand, when an external voltage is applied to the oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23, oxygen (G2) is generated in the oxidizing electrode 22 by the bioelectrochemical method, and bioenergy G1 is generated in the reducing electrode 23, Is generated. The process of oxidizing and reducing the wastewater W by using the oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23 in a bioelectrochemical manner to produce the bioenergy G1 can be understood from the known technology, It is omitted.

참고로, 바이오 에너지(G1)는 환원전극(23)에서 발생되는 메탄, 수소와 같은 바이오 가스 뿐만 아니라, 에탄올, 부탄올 등도 포함한다. For reference, the bioenergy G1 includes not only biogas such as methane and hydrogen generated in the reducing electrode 23, but also ethanol and butanol.

차단부(30)는 반응조(11)의 내부에서 산화전극(22) 및 환원전극(23) 사이를 상호 격리시킨다. 즉, 차단부(30)는 산화전극(22)에서 발생된 산소(G2)가 환원전극(23)으로 유입되어 환원전극(23)의 혐기조건을 방해함을 차단시킨다. The blocking portion 30 isolates the oxidizing electrode 22 and the reducing electrode 23 from each other inside the reaction tank 11. That is, the blocking unit 30 blocks oxygen (G2) generated in the oxidation electrode 22 from flowing into the reduction electrode 23 and disturbing the anaerobic condition of the reduction electrode 23. [

이러한 차단부(30)는 산소(G2)를 분리시키기 위한 분리막(31)과 경사막(32)을 포함한다. 여기서, 분리막(31)은 반응조(11)의 상부로부터 수직 하방향으로 연장되어 유입관(121)과 유출관(131) 사이를 분리시킨다. 경사막(32)은 분리막(31)으로부터 산화전극(22) 및 환원전극(23) 사이로 경사지게 연장된다. The blocking portion 30 includes a separating film 31 and a light blocking film 32 for separating the oxygen gas G2. Here, the separation membrane 31 extends vertically downward from the upper part of the reaction tank 11 to separate the inlet pipe 121 and the outlet pipe 131 from each other. The light shielding film 32 extends obliquely from the separation membrane 31 to between the oxidation electrode 22 and the reduction electrode 23.

이때, 분리막(31)은 유출관(131) 인근에서부터 수직 하방향으로 연장되고, 경사막(32)은 유입관(121)을 통해 유입된 하폐수(W)가 반응조(11)의 하부로 유동됨을 차단하지 않을 영역까지만 경사지게 연장된다. 여기서, 경사막(32)의 경사방향은 하폐수(W)를 유출관(131)을 통해 포집부(40) 측으로 유동됨을 가이드하기 위해, 유출관(131)을 향해 상방향으로 경사지게 형성된다. At this time, the separation membrane 31 extends vertically downward from the vicinity of the outflow pipe 131, and the wavy membrane 32 is formed so that the wastewater W flowing through the inflow pipe 121 flows into the lower part of the reaction tank 11 It extends only at an inclination to an area not to be blocked. Here, the inclined direction of the warp film 32 is formed to be inclined upward toward the outlet pipe 131 to guide the wastewater W to flow toward the collecting unit 40 side through the outlet pipe 131.

경사막(32)의 경사진 형상으로 환원전극(23) 인근의 하폐수(W)와 하폐수(W)에 포함된 슬러지(S)를 하방향으로 경사지게 유동되도록 가이드함과 아울러, 하방향으로 유동된 하폐수(W)를 산화전극(22)을 경유하여 다시 상방향으로 유동시켜 유출관(131)으로 유출되도록 가이드할 수 있게 된다. 또한, 분리막(31)과 경사막(32)은 상호 일체로 형성되어 환원전극(23)을 산화전극(22)으로부터 격리시킴으로써, 산화전극(22)으로부터 발생된 산소(G2)가 경사막(32)을 따라 경사지게 상방향으로 안내된 후, 분리막(31)에 의해 계속 분리된 상태로 반응조(11) 상부로 안내된다. The wastewater W in the vicinity of the reducing electrode 23 and the sludge S contained in the wastewater W are guided so as to be inclined downward in an inclined shape of the warp film 32, The wastewater W can be flowed upward again via the oxidizing electrode 22 and guided so as to flow out to the outflow pipe 131. The separation membrane 31 and the light shielding film 32 are integrally formed to isolate the reducing electrode 23 from the oxidizing electrode 22 so that the oxygen G2 generated from the oxidizing electrode 22 is absorbed by the light shielding film 32 And then guided to the upper part of the reaction tank 11 while being separated by the separation membrane 31. [

한편, 차단부(30)에는 산화전극(22)이 결합되어 마련된다. 즉, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 분리막(31) 및 경사막(32)을 따라 제1라인(221)이 산화전극(22)과 연결될 수 있다. 그로 인해, 경사막(32)에 결합된 산화전극(22)은 교체가 용이하다. 이러한 분리막(31)과 경사막(32)은 플라스틱과 같은 재질로 형성되어, 반응조(11) 내부를 격리시킬 수 있다. On the other hand, the cutoff portion 30 is provided with an oxidation electrode 22 coupled thereto. 1 and 2, the first line 221 may be connected to the oxidation electrode 22 along the separation membrane 31 and the light shielding film 32. Thereby, the oxidation electrode 22 coupled to the warp film 32 is easy to replace. The separation membrane 31 and the light shielding film 32 are made of a material such as plastic and can isolate the inside of the reaction tank 11.

포집부(40)는 반응조(11) 내에서의 산화 및 환원 반응에 의해 하폐수(W)로부터 발생된 바이오 에너지(G1)를 포집한다. 포집부(40)는 제1포집관(41)과 제2포집관(42)을 포함하여, 반응조(11) 내에서 발생한 바이오 에너지(G1)와 함께 산소(G2)도 포집할 수 있다. 구체적으로, 제1포집관(41)은 환원전극(23)으로부터 발생된 바이오 에너지(G1)가 유입되어 포집부(40)로 포집시키며, 제2포집관(42)은 차단부(30)를 통해 환원전극(23)과 분리된 상태로 반응조(11)의 상부로 안내된 산소(G2)를 포집부(40)로 포집시킨다. 이때, 제2포집관(42)은 포집부(40)와 연결되지 않고, 외부로 산소(G2)를 배출시킬 수도 있다.
The collecting unit 40 collects the bio energy G1 generated from the wastewater W by the oxidation and reduction reaction in the reaction tank 11. [ The collecting unit 40 includes the first collecting pipe 41 and the second collecting pipe 42 so as to collect the oxygen G2 together with the bio energy G1 generated in the reaction tank 11. [ Specifically, the first collecting pipe 41 receives the bio-energy G1 generated from the reducing electrode 23 and collects the collected bio-energy G1 into the collecting unit 40, and the second collecting pipe 42 collects the blocking unit 30 (G2) guided to the upper portion of the reaction tank 11 in a state of being separated from the reduction electrode 23 is collected by the trapping unit 40. [ At this time, the second collecting pipe 42 may not be connected to the collecting unit 40, but may discharge the oxygen G2 to the outside.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템(1)의 생산동작을 도 1을 참고하여 설명한다. The production operation of the bioelectrochemical bio-energy production system 1 according to the present invention having the above-described structure will be described with reference to Fig.

도 1과 같이, 하폐수 유입부(12)와 연결된 유입관(121)으로부터 하폐수(W)가 반응조(11)의 내부로 유입된다. 반응조(11)의 내부로 유입된 하폐수(W)는 반응조(11)의 상부에서 하부를 향해 유동된 후, 산화전극(22) 및 환원전극(23)의 생물 전기화학 공정으로 바이오 에너지(G1)를 생산한다. The wastewater W is introduced into the reaction tank 11 from the inlet pipe 121 connected to the wastewater inlet 12 as shown in FIG. The wastewater W flowing into the reaction tank 11 flows downward from the upper portion of the reaction tank 11 and then flows into the reaction tank 11 through the bioelectrode process of the oxidation electrode 22 and the reduction electrode 23, .

이때, 하폐수(W)는 교반기(14)에 의해 교반되는 상태이며, 하폐수(W)는 하폐수(W)의 유동 흐름에 따라 다시 상방향으로 이동하여 유출관(131)을 통해 유출되며, 슬러지(S)는 슬러지 유출부(13)로 유출되어 수거된다. 이때, 환원전극(23) 측의 슬러지(S)는 차단부(30)의 경사막(32)에 의해 경사지게 반응조(11)의 하부로 유동되어, 하폐수(W)의 유출과 함께 슬러지 유출부(13) 측으로 수거된다. At this time, the wastewater W is stirred by the stirrer 14, and the wastewater W moves upward again according to the flow of the wastewater W, flows out through the outflow pipe 131, S flows out to the sludge outlet 13 and is collected. At this time, the sludge S on the side of the reducing electrode 23 flows down to the lower portion of the reaction tank 11 in an inclined manner by the warp film 32 of the blocking portion 30 and flows out of the sludge outflow portion 13) side.

한편, 산화전극(22)에서 발생된 산소(G2)는 차단부(30)에 의해 환원전극(23) 측으로 유입됨이 차단되며, 차단부(30)의 경사막(32)을 통해 경사지게 상방향으로 가이드되어 상방향으로 이동하게 된다. 또한, 환원전극(23)에서 환원공정에 의해 형성된 혐기성 미생물로부터 바이오 에너지(G1)가 발생되며, 바이오 에너지(G1)는 분리막(31)에 의해 산소(G2)와 분리된 상태로 상방향으로 이동한다. 이렇게 반응조(11)의 내부에서 발생된 산소(G2)와 바이오 에너지(G1)는 제1 및 제2포집관(41)(42)을 통해 각각 포집부(40)로 포집된다. On the other hand, the oxygen G2 generated in the oxidation electrode 22 is prevented from flowing into the reducing electrode 23 side by the blocking portion 30 and is prevented from flowing upward in the upward direction through the light blocking film 32 of the blocking portion 30 And is moved upward. The bioelectrical energy G1 is generated from the anaerobic microorganism formed by the reduction process in the reducing electrode 23 and the bio energy G1 is shifted upward by the separation membrane 31 in a state of being separated from the oxygen G2. do. The oxygen G2 and the bioenergy G1 generated in the reaction tank 11 are collected by the collecting unit 40 through the first and second collecting pipes 41 and 42, respectively.

이때, 산소(G2)는 포집부(40)로 포집되지 않고 별도로 배출될 수도 있으며, 제2포집관(42)을 통해 산화전극(22)에서 발생된 메탄이 포집부(40) 측으로 포집될 수도 있음은 당연하다.
At this time, the oxygen (G2) may be discharged separately without being collected by the collecting unit 40, and the methane generated from the oxidizing electrode 22 may be collected to the collecting unit 40 side through the second collecting pipe 42 Of course.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that

1: 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템 10: 반응부
11: 반응조 12: 하폐수 유입부
13: 슬러지 유출부 14: 교반기
20: 전극부 21: 전압인가부
22: 산화전극 23: 환원전극
30: 차단부 31: 분리막
32: 경사막 40: 포집부
W: 하폐수 S: 슬러지
G1: 바이오 에너지 G2: 산소1: Bio-electrochemical bio-energy production system 10:
11: Reactor 12: Wastewater inflow section
13: sludge outlet part 14: stirrer
20: electrode part 21: voltage applying part
22: oxidation electrode 23: reduction electrode
30: blocking portion 31: separator
32: light-dark desert 40:
W: Wastewater S: Sludge
G1: Bio energy G2: Oxygen

Claims (12)

하폐수가 유입되는 반응조를 포함하는 반응부;
상기 반응조 내부에 마련되는 산화전극과 환원전극을 포함하는 전극부;
상기 반응조 내부에 상기 산화전극과 환원전극 사이를 상호 격리시키도록 마련되어, 상기 산화전극에서 발생된 산소가 상기 환원전극으로 유입됨을 차단시키는 차단부; 및
상기 반응조 내에서의 산화 및 환원 반응에 의해 상기 하폐수로부터 발생된 바이오 에너지를 포집하는 포집부;
를 포함하는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. A reaction unit including a reaction tank into which wastewater flows;
An electrode unit including an oxidizing electrode and a reducing electrode provided in the reaction vessel;
A blocking unit provided in the reaction vessel for isolating the oxidation electrode from the reduction electrode and blocking oxygen generated from the oxidation electrode from flowing into the reduction electrode; And
A collecting unit for collecting bio-energy generated from the wastewater by an oxidation and reduction reaction in the reaction tank;
A bioelectrochemical bio-energy production system comprising: 제1항에 있어서,
상기 반응조는 1실 타입으로 마련되며,
상기 산화전극 및 환원전극은 상기 반응조 내부에서 상호 마주하도록 상하 배치되는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. The method according to claim 1,
The reaction tank is provided in a single room type,
Wherein the oxidizing electrode and the reducing electrode are disposed vertically so as to face each other in the reactor. 제1항에 있어서,
상기 차단부는,
상기 산화전극과 환원전극 사이에 경사지게 마련된 경사막을 포함하며,
상기 경사막은 상기 반응조 내의 유동 흐름을 상기 포집부측으로 가이드하도록 경사진 형상을 가지는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. The method according to claim 1,
The cut-
And an inclined film sloped between the oxidation electrode and the reduction electrode,
Wherein the inclined membrane has an inclined shape so as to guide the flow of the fluid in the reactor to the collecting part. 제1항에 있어서,
상기 산화전극은 상기 차단부를 사이에 두고 상기 환원전극과 마주하도록 상기 차단부에 결합 가능한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. The method according to claim 1,
Wherein the oxidation electrode is connectable to the blocking portion to face the reducing electrode with the blocking portion interposed therebetween. 제4항에 있어서,
상기 산화전극은 상기 차단부에 대해 교체 가능한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. 5. The method of claim 4,
Wherein the oxidizing electrode is replaceable with respect to the blocking portion. 제1항에 있어서,
상기 반응조 내부에 상기 하폐수를 교반시키는 교반기가 마련되는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. The method according to claim 1,
And an agitator for agitating the wastewater is provided in the reaction tank. 제1항에 있어서,
상기 반응조의 상부 측면에 상기 하폐수가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 상호 마주하도록 마련되며,
상기 차단부는 상기 유입관과 유출관 사이를 분리시키도록 상기 반응조의 상부로부터 수직 하방향으로 연장되는 분리막 및, 상기 분리막으로 경사지게 상기 산화전극 및 환원전극 사이로 연장되되, 상기 포집부를 향하는 방향으로 경사진 경사막을 포함하는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. The method according to claim 1,
An inlet pipe and an outlet pipe through which the wastewater flows into and out of the upper side of the reaction tank are provided to face each other,
The separation unit may include a separation membrane extending vertically downward from an upper portion of the reaction vessel so as to separate the inlet pipe and the outlet pipe from each other and extending between the oxidation electrode and the reduction electrode sloped by the separation membrane, Bioelectrochemical bio - energy production system including inclined membranes. 제1항에 있어서,
상기 포집부는 상기 환원전극에서 생산된 상기 바이오 에너지를 포집하는 제1포집관 및, 상기 산화전극에서 발생된 상기 산소를 포집하는 제2포집관과 연결 가능한 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템.The method according to claim 1,
Wherein the collecting unit is connectable to a first collecting pipe collecting the bio-energy produced by the reducing electrode and a second collecting pipe collecting the oxygen generated from the oxidizing electrode. 하폐수가 유입되는 반응조를 포함하는 반응부;
상기 반응조 내부에 생물 전기화학 공정을 위해, 상호 마주하도록 배치되는 산화전극 및 환원전극을 포함하는 전극부;
상기 하폐수의 유동 흐름을 가이드하며, 상기 산화전극 및 환원전극 사이를 분리시켜 상기 산화전극에서 발생된 산소가 상기 환원전극으로 유입됨을 차단시키는 차단부; 및
상기 반응조 내에서 발생된 바이오 에너지를 포집하는 포집부;
를 포함하는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. A reaction unit including a reaction tank into which wastewater flows;
An electrode unit including an oxidation electrode and a reduction electrode arranged to face each other for bioelectrochemical processing in the reaction vessel;
A blocking unit for guiding the flow of the wastewater and separating the oxidation electrode and the reduction electrode to block the oxygen generated from the oxidation electrode from flowing into the reduction electrode; And
A collecting unit for collecting bio-energy generated in the reaction tank;
A bioelectrochemical bio-energy production system comprising: 제9항에 있어서,
상기 반응조는 상기 산화전극 및 환원전극이 상호 수직방향으로 마주하도록 내부에 마련되는 1실 타입으로 마련되는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. 10. The method of claim 9,
Wherein the reaction tank is provided with a single chamber type in which the oxidation electrode and the reduction electrode are provided so as to face each other in the vertical direction. 제9항에 있어서,
상기 반응조의 상부 측면에 상기 하폐수가 유입 및 유출되는 유입관 및 유출관이 상호 마주하도록 마련되며,
상기 차단부는 상기 유입관과 유출관 사이를 분리시키도록 상기 반응조의 상부로부터 수직 하방향으로 연장되는 분리막 및, 상기 분리막으로 경사지게 상기 산화전극 및 환원전극 사이로 연장되되, 상기 포집부를 향하는 방향으로 경사진 경사막을 포함하는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템.10. The method of claim 9,
An inlet pipe and an outlet pipe through which the wastewater flows into and out of the upper side of the reaction tank are provided to face each other,
The separation unit may include a separation membrane extending vertically downward from an upper portion of the reaction vessel so as to separate the inlet pipe and the outlet pipe from each other and extending between the oxidation electrode and the reduction electrode sloped by the separation membrane, Bioelectrochemical bio - energy production system including inclined membranes. 제9항에 있어서,
상기 산화전극은 상기 차단부에 대해 교체 가능하게 결합되는 생물전기화학 바이오 에너지 생산시스템. 10. The method of claim 9,
Wherein the oxidation electrode is replaceably coupled to the blocking portion.
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