KR20200106591A - Electrochemical method for resource recovery from urine waste water - Google Patents

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Abstract

Provided is an electrochemical method for resource recovery from urine wastewater, comprising: a first treatment tank equipped with a negative electrode and a positive electrode, and generating a precipitate of hydrogen gas, nitrogen and phosphorus, and a liquid urine wastewater treatment liquid by electrolyzing urine wastewater; and a second treatment tank recovering phosphorus from the liquid urine wastewater treatment liquid.

Description

소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법{ELECTROCHEMICAL METHOD FOR RESOURCE RECOVERY FROM URINE WASTE WATER}Electrochemical method for resource recovery from urine wastewater {ELECTROCHEMICAL METHOD FOR RESOURCE RECOVERY FROM URINE WASTE WATER}

본 발명은 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 소변 폐수를 처리하는 방법으로서 소변 폐수를 전기화학적 방법으로 처리하여 자원을 회수할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical method for resource recovery from urine wastewater. Specifically, the present invention relates to a method for recovering resources by treating urine wastewater by an electrochemical method as a method of treating urine wastewater.

평균적으로, 한 사람이 하루에 1.5L 정도의 소변을 배출한다. 사람의 소변은 물 95% 이상과 질소, 인 등 다양한 구성 성분으로 이루어져 있다. 소변 내 존재하는 질소의 85% 정도가 우레아의 형태로 존재하고 있다. 우레아는 소변의 주 성분 중 하나이다. 우레아 분자에는 4개의 수소 원자가 비교적 물 분자의 수소 원자보다 느슨하게 결합되어 있기 때문에 전기 분해로 우레아 분자에서 수소를 분리하기 위해서는 0.37V 전압이 요구된다. 이는 물 전기 분해 전압 1.23V보다 현저히 낮다. 따라서 더 적은 비용으로 영양소인 질소, 인을 회수할 수 있고 수소를 생산하여 연료의 형태로 저장하고 에너지를 생산할 수 있기 때문에 경제적인 이점을 가진다. On average, one person excretes 1.5 liters of urine per day. Human urine is composed of more than 95% water and various components such as nitrogen and phosphorus. About 85% of the nitrogen in urine is present in the form of urea. Urea is one of the main components of urine. Since four hydrogen atoms are relatively loosely bonded to the urea molecule than that of the water molecule, 0.37V voltage is required to separate hydrogen from the urea molecule by electrolysis. It is significantly lower than the water electrolysis voltage 1.23V. Therefore, nitrogen and phosphorus, which are nutrients, can be recovered at a lower cost, and hydrogen is produced, stored in the form of fuel, and energy can be produced.

생물 전기 화학 시스템은 가정용 폐수와 소변으로부터 질소와 인과 같은 영양소를 회수하기 위해 광범위하게 연구되어져 왔으나, 다음과 같은 문제점을 가진다. 질소, 인의 높은 회수율을 달성하기 위해 충분한 양의 폭기와 산화 박테리아의 필요하고, (이온 선택성 분리막을 사용하기 때문에 내부저항, 전해질 저항, 미생물 성장과 잔류 유기물의 흡착으로 인한 이온 선택성 분리막 공극 폐색 등이 있다.Bioelectrochemical systems have been extensively studied to recover nutrients such as nitrogen and phosphorus from domestic wastewater and urine, but have the following problems. A sufficient amount of aeration and oxidizing bacteria are required to achieve a high recovery rate of nitrogen and phosphorus. have.

전기 화학적 접근법은 소변으로부터 영양소를 회수하고 에너지를 생산하는 경제적인 재이용 방식으로서 최근 주목 받고 있다. 높은 에너지 효율을 달성하기 위해 혼합 금속 산화물 전극 또는 치수안정성 전극(RuO2, IrO2, TiO2, PbO2, SnO2), 복합 전극이 사용되어져 왔으나 이러한 전극 물질은 비용이 높을 뿐만 아니라 전기화학 공정 중 많은 유해 할로겐 부산물을 생성하기 때문에 경제적, 환경적 문제를 발생시킨다.The electrochemical approach has recently attracted attention as an economical reuse method of recovering nutrients from urine and producing energy. In order to achieve high energy efficiency, mixed metal oxide electrodes or dimensional stability electrodes (RuO 2 , IrO 2 , TiO 2 , PbO 2 , SnO 2 ), and composite electrodes have been used, but these electrode materials are not only expensive but also electrochemical processes It generates many harmful halogen by-products, which causes economic and environmental problems.

본 발명의 배경기술은 한국공개특허 제10-2017-0079746호 등에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2017-0079746.

본 발명의 목적은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인이 동시에 회수되는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, in which hydrogen gas and nitrogen and phosphorus are simultaneously recovered from urine wastewater.

본 발명의 다른 목적은 소변 폐수로부터 저 전력 및/또는 저 전압으로 수소 가스 및 질소와 인이 회수되는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, in which hydrogen gas and nitrogen and phosphorus are recovered at low power and/or low voltage from urine wastewater.

본 발명의 또 다른 목적은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인 형성시 공정성을 개선하고 부산물 발생을 최소화할 수 있는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, which can improve fairness and minimize generation of by-products when forming hydrogen gas, nitrogen and phosphorus from urine wastewater.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 효율로 소변 폐수를 처리할 수 있는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, capable of treating urine wastewater with high efficiency.

본 발명의 일 관점은 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법이다.One aspect of the present invention is an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater.

1.소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 음전극과 양전극을 구비하는 제1처리조에서 소변 폐수를 전기 분해하여 수소 가스, 질소와 인의 침전물 및 액상의 소변 폐수 처리액을 제조하고, 제2처리조에서 상기 액상의 소변 폐수 처리액으로부터 인을 회수하는 것을 포함한다.1.The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater is to electrolyze urine wastewater in a first treatment tank equipped with a negative electrode and a positive electrode to produce hydrogen gas, nitrogen and phosphorus precipitates, and a liquid urine wastewater treatment solution, and the second And recovering phosphorus from the liquid urine wastewater treatment liquid in a treatment tank.

2.1에서, 상기 제1처리조는 마그네슘 양이온, 칼슘 양이온, 포타슘 양이온 중 1종 이상을 함유하는 염을 포함하지 않을 수 있다.In 2.1, the first treatment tank may not contain a salt containing at least one of magnesium cations, calcium cations, and potassium cations.

3.1-2에서, 상기 음전극은 니켈, 탄소(carbon), 스테인레스 스틸(stainless steel) 중 1종 이상의 전극이고, 상기 양전극은 마그네슘, 니켈, 탄소(carbon) 1종 이상의 전극을 포함할 수 있다.In 3.1-2, the negative electrode is at least one electrode among nickel, carbon, and stainless steel, and the positive electrode may include at least one electrode of magnesium, nickel, and carbon.

4.1-3에서, 상기 제1처리조는 pH가 염기성일 수 있다.In 4.1-3, the first treatment tank may have a basic pH.

5.1-4에서, 상기 제1처리조에는 전력 제공조가 추가 연결되고, 상기 전력 제공조는 태양전지를 포함할 수 있다.In 5.1-4, a power supply tank is additionally connected to the first treatment tank, and the power supply tank may include a solar cell.

6.1-5에서, 상기 제2처리조에는 칼슘 이온, 마그네슘 이온 중 하나 이상의 이온을 함유하는 수산화물 또는 탄화물이 포함될 수 있다.In 6.1-5, the second treatment tank may contain a hydroxide or carbide containing at least one of calcium ions and magnesium ions.

7.1-6에서, 상기 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 제2처리조로부터 나온 제1슬러지를 인 회수, 여과, 소독, 물 회수 중 1종 이상의 후 처리하는 것을 추가로 포함할 수 있다.In 7.1-6, the electrochemical method for resource recovery from urine wastewater may further include post-treating at least one of phosphorus recovery, filtration, disinfection, and water recovery from the first sludge from the second treatment tank. .

본 발명은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인이 동시에 회수되는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하였다.The present invention provides an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater in which hydrogen gas and nitrogen and phosphorus are simultaneously recovered from urine wastewater.

본 발명은 소변 폐수로부터 저전력 및/또는 저전압으로 수소 가스 및 질소와 인이 회수되는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하였다.The present invention provides an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, in which hydrogen gas and nitrogen and phosphorus are recovered from urine wastewater at low power and/or low voltage.

본 발명은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인 형성시 공정성을 개선하고 부산물 발생을 최소화할 수 있는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하였다.The present invention provides an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, which can improve fairness and minimize generation of by-products when forming hydrogen gas, nitrogen and phosphorus from urine wastewater.

본 발명은 높은 효율로 소변 폐수를 처리할 수 있는, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 제공하였다.The present invention provides an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, capable of treating urine wastewater with high efficiency.

도 1은 본 발명 일 실시예의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명 다른 실시예의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법 중 후 처리 단계를 나타내는 공정도이다.1 is a flow chart of an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a post-treatment step in an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to another embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고하여 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.With reference to the accompanying drawings, embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts unrelated to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

본원 발명 발명자는 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법으로서, 음전극과 양전극을 구비하는 제1처리조에서 소변 폐수를 전기 분해함으로써 저 전력 및/또는 저 전압으로 수소 가스 및 질소와 인 함유 침전물을 효율적으로 분리할 수 있고, 종래 질소와 인의 침전물을 분리하기 위해 사용하였던 염화마그네슘 등을 사용할 필요가 없어 경제성이 우수하며 추가적인 처리 단계를 필요로 하지 않음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. 본 발명은 소변 폐수로부터 질소, 수소, 인 등의 자원을 전기화학적인 방법으로 얻는 방법이다.The inventor of the present invention is an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, by electrolyzing urine wastewater in a first treatment tank having a negative electrode and a positive electrode, thereby producing hydrogen gas and nitrogen and phosphorus-containing precipitates at low power and/or low voltage. It was confirmed that it can be separated efficiently, and there is no need to use magnesium chloride, etc., which have been used to separate precipitates of nitrogen and phosphorus, which is excellent in economy and does not require an additional processing step, and the present invention was completed. The present invention is a method of obtaining resources such as nitrogen, hydrogen, and phosphorus from urine wastewater by an electrochemical method.

본 발명의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 음전극(cathode)과 양전극(anode)을 구비하는 제1처리조에서 소변 폐수를 전기 분해하여 수소 가스, 질소와 인 함유 침전물 및 액상의 소변 폐수 처리액을 제조하고, 제2처리조에서 상기 액상의 소변 폐수 처리액으로부터 인을 회수하는 것을 포함한다.The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater of the present invention is to electrolyze urine wastewater in a first treatment tank equipped with a cathode and an anode, and thus, precipitates containing hydrogen gas, nitrogen and phosphorus, and liquid urine wastewater. Preparing a treatment liquid, and recovering phosphorus from the liquid urine wastewater treatment liquid in a second treatment tank.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법을 설명한다.Hereinafter, an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1을 참조하면, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 소변 폐수를 제1처리조(100)에서 처리하고, 제1처리조(100)로부터 유입된 액상의 소변 폐수 처리액을 제2처리조(200)에서 처리하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, in the electrochemical method for recovering resources from urine wastewater, urine wastewater is treated in a first treatment tank 100, and a liquid urine wastewater treatment liquid introduced from the first treatment tank 100 is second It includes processing in the treatment tank 200.

제1처리조(100)는 음전극(115)과 양전극(125)을 구비한다. The first treatment tank 100 includes a negative electrode 115 and a positive electrode 125.

소변 폐수는 제1처리조(100) 내에서 음전극과 양전극의 구동에 의해 전기 분해됨으로써 본 발명의 방법은 전기화학적인 방법에 의하여 음전극(115)에서는 수소 가스를 생성하고 양전극(125)에서는 질소와 인 함유 침전물을 생성한다. 따라서, 본 발명의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인이 동시에 회수되도록 할 수 있다. 또한, 음전극과 양전극의 전기 분해에 의해서만 소변 폐수를 처리함으로써 소변 폐수를 효율적으로 처리할 수 있다. 일 구체예에서, 본 발명의 소변 폐수 처리 방법은 소변 폐수 1L를 기준으로 전압 1.5V 내지 2V에서 처리할 수 있다.Urine wastewater is electrolyzed in the first treatment tank 100 by driving the negative electrode and the positive electrode, so that the method of the present invention generates hydrogen gas at the negative electrode 115 and nitrogen and nitrogen at the positive electrode 125 by an electrochemical method. A phosphorus containing precipitate is produced. Therefore, the electrochemical method for recovering resources from urine wastewater of the present invention can simultaneously recover hydrogen gas, nitrogen and phosphorus from urine wastewater. In addition, urine wastewater can be efficiently treated by treating urine wastewater only by electrolysis of the negative electrode and the positive electrode. In one embodiment, the urine wastewater treatment method of the present invention can be treated at a voltage of 1.5V to 2V based on 1L of urine wastewater.

구체적으로, 음전극(115)에서는 소변 내 포함된 우레아가 환원됨으로써 수소 가스와 질소 가스를 생성한다. 일반적으로 물은 전기 분해 전압이 1.23V인데 비하여 우레아는 전기 분해 전압이 약 0.37V로서 현저하게 낮다. 따라서, 본 발명의 제1처리조에 의할 경우 전기화학적인 방법에 의해 현저하게 낮은 전압 및/또는 낮은 전력으로 수소 가스, 및 질소와 인 회수를 용이하게 할 수 있다.Specifically, in the negative electrode 115, hydrogen gas and nitrogen gas are generated by reducing urea contained in urine. In general, water has an electrolysis voltage of 1.23V, whereas urea has an electrolysis voltage of about 0.37V, which is significantly lower. Therefore, in the case of the first treatment tank of the present invention, it is possible to easily recover hydrogen gas and nitrogen and phosphorus at a significantly low voltage and/or low power by an electrochemical method.

양전극(125)에서는 음전극의 산화로 인하여 생성된 금속 양이온이 소변 내 포함된 질소, 인 이온과 반응함으로써 질소와 인 함유 침전물을 생성한다. 제1처리조(100)에서는 양전극과 음전극의 상호 구동에 의해 전기분해가 일어나므로 결국 현저하게 낮은 전압으로 질소와 인 함유 침전물을 생성할 수 있다. In the positive electrode 125, metal cations generated due to oxidation of the negative electrode react with nitrogen and phosphorus ions contained in urine to generate nitrogen and phosphorus-containing precipitates. In the first treatment tank 100, since electrolysis occurs due to mutual driving of the positive electrode and the negative electrode, a precipitate containing nitrogen and phosphorus may be generated at a significantly low voltage.

제1처리조(100)는 종래 사용되었던 소변 폐수로부터 질소와 인 함유 침전물을 생성하는 물질을 포함하지 않는다. 예를 들면 상기 질소와 인 함유 침전물을 생성하는 물질은 마그네슘 양이온(예:Mg2 +), 칼슘 양이온(예:Ca2 +), 포타슘 양이온(예:K+) 중 1종 이상을 함유하는 염을 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 마그네슘 양이온 함유 염은 염화마그네슘(MgCl2), 황산마그네슘(MgSO4)일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 소변 폐수 처리 방법은 소변 폐수로부터 수소 가스 및 질소와 인 형성시 공정성을 개선하고 부산물 발생을 최소화할 수 있다.The first treatment tank 100 does not contain a substance that generates nitrogen and phosphorus-containing precipitates from urine wastewater that has been used in the past. For example, the substance that generates the nitrogen and phosphorus-containing precipitate is a salt containing at least one of magnesium cations (eg Mg 2 + ), calcium cations (eg Ca 2 + ), and potassium cations (eg K + ). It may include. For example, the magnesium cation-containing salt may be magnesium chloride (MgCl 2 ) or magnesium sulfate (MgSO 4 ), but is not limited thereto. Accordingly, the urine wastewater treatment method of the present invention can improve processability and minimize generation of by-products when forming hydrogen gas, nitrogen and phosphorus from urine wastewater.

제1처리조(100)는 도 1에서 보여지는 바와 같이 음전극(115)과 양전극(125)을 구비한다. The first treatment tank 100 includes a negative electrode 115 and a positive electrode 125 as shown in FIG. 1.

음전극(115)은 우레아로부터 수소 가스를 생성할 수 있는 산화환원전위 값을 구비한 전극이라면 그 종류에 특별한 제한을 두지 않는다. 예를 들면, 음전극은 니켈, 탄소(carbon), 스테인레스 스틸(stainless steel) 중 1종 이상의 전극, 바람직하게는 니켈 전극이 될 수 있다.If the negative electrode 115 is an electrode having an oxidation-reduction potential value capable of generating hydrogen gas from urea, there is no particular limitation on its type. For example, the negative electrode may be at least one of nickel, carbon, and stainless steel, preferably a nickel electrode.

양전극(125)은 우레아로부터 수소 가스를 생성할 수 있는 산화환원전위 값에 의해서도 산화될 수 있는 소재의 전극이라면 그 종류에 특별한 제한을 두지 않는다. 예를 들면, 양전극은 마그네슘, 니켈, 탄소(carbon) 1종 이상의 전극, 바람직하게는 마그네슘 전극이 될 수 있다. 음전극으로서 마그네슘 전극이 사용되는 경우 제1처리조를 통해 생성된 질소와 인 함유 침전물은 마그네슘 암모늄 포스페이트(MAP) 스트루바이트(Struvite)가 될 수 있다.If the positive electrode 125 is an electrode made of a material that can be oxidized even by an oxidation-reduction potential value capable of generating hydrogen gas from urea, there is no particular limitation on its type. For example, the positive electrode may be one or more types of magnesium, nickel, or carbon, preferably a magnesium electrode. When a magnesium electrode is used as the negative electrode, the nitrogen and phosphorus-containing precipitate generated through the first treatment tank may be magnesium ammonium phosphate (MAP) struvite.

제1처리조는 음전극과 양전극을 구비하고 소변 폐수가 음전극과 양전극에 의해 전기 분해될 수 있다면 음전극과 양전극 배치에 특별히 제한되지 않는다. The first treatment tank is provided with a negative electrode and a positive electrode, and the arrangement of the negative and positive electrodes is not particularly limited as long as urine wastewater can be electrolyzed by the negative and positive electrodes.

일 구체예에서, 도 1에서와 같이 제1처리조는 음전극(115)을 구비하는 처리조 1(110), 양전극(125)을 구비하는 처리조 2(120)의 최소 2개의 처리조로 구성되고, 처리조 1(110)과 처리조 2(120)는 연통 수단(130) 등에 의해 서로 연통되어 있음으로 인하여 처리조 1(110)과 처리조 2(120) 각각에서 소변 폐수가 서로 이동되도록 하며, 처리조 1에서 생성된 수소 가스 및 질소 가스, 처리조 2에서 생성된 질소와 인 함유 침전물이 각각 처리조 1, 처리조 2로부터 용이하게 분리되도록 할 수 있다. 연통 수단(130)은 처리조 1, 처리조 2를 서로 연통시킬 수 있다면 당업자에게 알려진 통상의 수단을 채용할 수 있다.In one specific embodiment, as shown in FIG. 1, the first treatment tank is composed of at least two treatment tanks, a treatment tank 1 110 having a negative electrode 115 and a treatment tank 2 120 having a positive electrode 125, Since the treatment tank 1 (110) and the treatment tank 2 (120) are in communication with each other by a communication means (130), the urine wastewater in each of the treatment tank 1 (110) and the treatment tank 2 (120) is moved to each other, The hydrogen gas and nitrogen gas generated in the treatment tank 1, and the nitrogen and phosphorus-containing precipitates produced in the treatment tank 2 can be easily separated from the treatment tank 1 and the treatment tank 2, respectively. As the communication means 130, a conventional means known to those skilled in the art may be employed as long as the treatment tank 1 and the treatment tank 2 can be communicated with each other.

도 1에서 도시되지 않았지만, 처리조 1, 처리조 2 중 1종 이상은 산화 환원 반응의 속도를 높이기 위해 처리조 내에 혼합기를 구비할 수도 있다.Although not shown in FIG. 1, at least one of the treatment tank 1 and the treatment tank 2 may be provided with a mixer in the treatment tank to increase the speed of the redox reaction.

제1처리조(100)는 소변 폐수의 전기 분해를 용이하게 하고 및/또는 음전극에서 질소와 인 함유 침전물의 생성을 용이하도록 하기 위해서 pH가 조절될 수 있다. 구체적으로, 제1처리조는 pH가 염기성(alkaline)이 될 수 있다. 바람직하게는, 제1처리조는 pH가 8 내지 14, 더 바람직하게는 10 내지 12가 될 수 있다. 상기 범위에서, 수소 발생을 용이하게 하고, 질소와 인 함유 침전물의 발생을 용이하게 하고, 추후 액상의 소변 폐수 처리액을 제2처리조에서 처리시 인 회수를 용이하게 할 수 있다.The first treatment tank 100 may have a pH adjusted to facilitate electrolysis of urine wastewater and/or to facilitate formation of nitrogen and phosphorus-containing precipitates at the negative electrode. Specifically, the first treatment tank may have a pH of alkaline. Preferably, the first treatment tank may have a pH of 8 to 14, more preferably 10 to 12. Within the above range, hydrogen generation can be facilitated, nitrogen and phosphorus-containing precipitates can be easily generated, and phosphorus can be easily recovered when the liquid urine wastewater treatment liquid is subsequently treated in the second treatment tank.

제1처리조 바람직하게는 처리조 1(110)에는 수소 가스와 질소 가스를 회수하는 가스 회수조(300)가 추가로 연결될 수 있다. 가스 회수조(300)는 처리조 1(110)로부터 유입된 수소 가스와 질소 가스를 당업자에게 알려진 정제 방법에 의해 수소 가스, 질소 가스를 서로 분리할 수 있다. 예를 들면, 상술 정제 방법은 수소 분리막 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.First treatment tank Preferably, a gas recovery tank 300 for recovering hydrogen gas and nitrogen gas may be additionally connected to the treatment tank 1 110. The gas recovery tank 300 may separate the hydrogen gas and nitrogen gas introduced from the treatment tank 1 110 from each other by a purification method known to those skilled in the art. For example, the purification method may include a hydrogen separation membrane, but is not limited thereto.

도 1에서 도시되지 않았지만, 제1처리조에는 양전극과 음전극을 구동시 전력을 공급하기 위한 전력 제공조가 추가로 연결될 수 있다. 전력 제공조는 양전극과 음전극에 소정 전압 하에서 전력을 제공한다. Although not shown in FIG. 1, a power supply tank for supplying power when driving the positive electrode and the negative electrode may be additionally connected to the first treatment tank. The power supply tank provides power to the positive electrode and the negative electrode under a predetermined voltage.

일 구체예에서, 전력 제공조는 태양전지를 포함할 수 있다. 앞에서 상술한 바와 같이 양전극과 음전극은 약 0.37V의 현저하게 낮은 전압에 의해서도 구동되는 만큼 태양전지로부터 제공된 전기 에너지에 의해서도 충분히 구동될 수 있다. 태양전지는 석탄, 석유 등에 의한 자원의 소모 없이도 에너지를 생성할 수 있을 만큼 환경에도 유용하다.In one embodiment, the power supply tank may include a solar cell. As described above, the positive electrode and the negative electrode can be sufficiently driven by electric energy provided from the solar cell as they are driven by a remarkably low voltage of about 0.37V. Solar cells are useful for the environment as they can generate energy without consuming resources such as coal and oil.

다시 도 1을 참조하면, 제1처리조에는 제1처리조에 소변 폐수를 공급하기 위한 소변 폐수 저장조(410, 420)가 추가로 구비될 수 있다. 소변 폐수 저장조와 제1처리조는 연결부에 의해 서로 연결되어 있어 소변 폐수 저장조에서 저장되어 있던 소변 폐수가 제1처리조로 공급될 수 있다. 소변 폐수 저장조는 외부 환경으로부터 유입된 원수 상태의 소변 폐수를 단순히 저장할 수도 있고 또는 소변 폐수에서 고형물 등을 제거하기 위한 여과 장치를 추가로 구비할 수도 있다.Referring back to FIG. 1, the first treatment tank may further include urine wastewater storage tanks 410 and 420 for supplying urine wastewater to the first treatment tank. The urine wastewater storage tank and the first treatment tank are connected to each other by a connecting part, so that the urine wastewater stored in the urine wastewater storage tank can be supplied to the first treatment tank. The urine wastewater storage tank may simply store the urine wastewater in the state of raw water introduced from the external environment, or may further include a filtering device for removing solids or the like from the urine wastewater.

소변 폐수 저장조는 제1처리조에 1개 이상 연결될 수 있다. 또는 도 1에서와 같이 처리조 1(110), 처리조 2(120)에 각각의 소변 폐수 저장조(410, 420)가 연결되어 각각의 처리조에 서로 상이한 공급원으로부터의 소변 폐수가 공급됨으로써 소변 폐수 처리 효율을 높일 수 있다.One or more urine wastewater storage tanks may be connected to the first treatment tank. Or, as shown in Fig. 1, urine wastewater storage tanks 410 and 420 are connected to treatment tank 1 110 and treatment tank 2 120 to supply urine wastewater from different sources to each treatment tank, thereby treating urine wastewater. You can increase the efficiency.

한편, 제1처리조로부터 나온 질소와 인 함유 침전물은 고상의 침전물로서 도 1에서 도시되지 않았지만 여과 장치를 통해 제1처리조로부터 분리됨으로써 비료 등으로 사용될 수 있다.On the other hand, the nitrogen and phosphorus-containing precipitate from the first treatment tank is a solid precipitate, which is not shown in FIG. 1, but is separated from the first treatment tank through a filtration device and can be used as a fertilizer.

제1처리조로부터 나온 액상의 소변 폐수 처리액은 연결부(도 1에서 도시되지 않음)를 통해 제2처리조(200)로 유입된다. 제2처리조(200)에서는 제2처리조로 유입된 액상의 소변 폐수 처리액으로부터 인이 회수된다. 액상의 소변 폐수 처리액은 처리조 1, 처리조 2 중 하나 이상으로부터 나온 것일 수 있다.The liquid urine wastewater treatment liquid from the first treatment tank flows into the second treatment tank 200 through a connection part (not shown in FIG. 1). In the second treatment tank 200, phosphorus is recovered from the liquid urine wastewater treatment liquid introduced into the second treatment tank. The liquid urine wastewater treatment liquid may come from one or more of treatment tank 1 and treatment tank 2.

액상의 소변 폐수 처리액은 제1처리조에서 소변 폐수의 전기 분해 후 제거되지 않은 인 이온을 함유한다. 제2처리조에서 인을 제거하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 인 함유 음이온과 염을 형성할 수 있는 양이온 함유 물질을 주입하고 혼합함으로써 처리될 수 있다. 상기 양이온 함유 물질은 칼슘 이온, 마그네슘 이온 중 하나 이상의 이온을 함유하는 수산화물, 탄화물 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이와 같이, 제2처리조를 통해 인 이온은 인산염으로 변형된 후 처리될 수 있다.The liquid urine wastewater treatment liquid contains phosphorus ions that are not removed after electrolysis of the urine wastewater in the first treatment tank. The method of removing phosphorus in the second treatment tank is not particularly limited. For example, it can be treated by injecting and mixing phosphorus-containing anions and cation-containing substances capable of forming salts. The cation-containing material may include, but is not limited to, a hydroxide, carbide, etc. containing one or more ions of calcium ions and magnesium ions. In this way, phosphorus ions can be treated after being transformed into phosphate through the second treatment tank.

제2처리조(200)는 인 함유 음이온의 처리를 용이하도록 하기 위해서 pH가 조절될 수 있다. 구체적으로 제2처리조는 pH가 중성(neutral) 또는 염기성(alkaline)이 될 수 있다. 바람직하게는, 제2처리조는 pH가 6.5 내지 8.5, 더 바람직하게는 7.0 내지 8.0이 될 수 있다. 상기 범위에서, 인 함유 음이온의 처리를 용이하게 할 수 있다.The second treatment tank 200 may have a pH adjusted to facilitate the treatment of phosphorus-containing anions. Specifically, the second treatment tank may have a pH of neutral or alkaline. Preferably, the second treatment tank may have a pH of 6.5 to 8.5, more preferably 7.0 to 8.0. Within the above range, it is possible to facilitate the treatment of phosphorus-containing anions.

이상, 본 발명의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법에 의하면, 저 전압 및/또는 저 전력의 효율적인 방법으로 소변 폐수를 처리할 수 있다. As described above, according to the electrochemical method for recovering resources from urine wastewater of the present invention, it is possible to treat urine wastewater in an efficient method of low voltage and/or low power.

본 발명의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법은 제2처리조로부터 나온 제1슬러지를 처리하는 후 처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater of the present invention may further include a treatment step after treatment of the first sludge from the second treatment tank.

후 처리 단계는 도 2를 참고하여 설명한다. 도 2는 본 발명 다른 실시예의 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법 중 후 처리 단계를 나타내는 공정도이다.The post-processing step will be described with reference to FIG. 2. 2 is a flow chart showing a post-treatment step in an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 후 처리는 제3처리조(500), 제4처리조(600)에서 수행된다. 도 2에서 도시되지 않았지만, 도 1의 제2처리조(200)부터 나온 제1슬러지는 제3처리조(500)로 유입된다. Referring to FIG. 2, post-processing is performed in a third treatment tank 500 and a fourth treatment tank 600. Although not shown in FIG. 2, the first sludge from the second treatment tank 200 of FIG. 1 flows into the third treatment tank 500.

제3처리조(500)는 제2처리조부터 나온 제1슬러지를 전기 분해하여 잔류하는 인 함유 이온을 인산염으로 회수한다. 제3처리조(500)는 양전극(515)과 음전극(525)을 구비한다. 양전극(515)과 음전극(525)은 산화 환원 반응에 의해 인 함유 이온으로부터 인산염을 형성하도록 할 수 있다. 양전극, 음전극은 철 금속 전극을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The third treatment tank 500 electrolyzes the first sludge from the second treatment tank to recover the remaining phosphorus-containing ions as phosphate. The third processing tank 500 includes a positive electrode 515 and a negative electrode 525. The positive electrode 515 and the negative electrode 525 may form phosphate from phosphorus-containing ions by redox reaction. The positive electrode and the negative electrode may include a ferrous metal electrode, but are not limited thereto.

도 2에서 도시되지 않았지만, 생성된 인산염 함유 제2슬러지는 여과조 등을 통해서 제3처리조(500)부터 제거될 수 있다.Although not shown in FIG. 2, the generated second sludge containing phosphate may be removed from the third treatment tank 500 through a filtering tank or the like.

제4처리조(600)는 소독조로서 제3처리조(500)를 거친 액상의 소변 폐수액을 소독함으로써 미생물, 독성 물질 등을 제거한다. 제4처리조(600)는 염소 등의 산화제 소독, 혐기성 미생물에 의한 처리 및/또는 호기성 미생물에 의한 처리 중 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 제4처리조(600)는 도 2에서 도시되지 않았지만 전력 제공부가 추가로 연결될 수 있다. 전력 제공부는 상술한 태양전지로부터 제공되는 전력을 이용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.The fourth treatment tank 600 is a disinfection tank and removes microorganisms and toxic substances by disinfecting the liquid urine wastewater that has passed through the third treatment tank 500. The fourth treatment tank 600 may include one or more of disinfecting oxidizing agents such as chlorine, treatment with anaerobic microorganisms, and/or treatment with aerobic microorganisms, but is not limited thereto. Although the fourth processing tank 600 is not shown in FIG. 2, a power supply unit may be additionally connected. The power providing unit may use power provided from the solar cell described above, but is not limited thereto.

도 2에서 도시되지 않았지만, 제3처리조(500)로부터 나온 액상의 소변 폐수액은 샌드 페이퍼 등의 여과 장치를 통해 고형 물질이 제거된 후 제4처리조(600)로 유입될 수 있다. 여과 장치에도 전력 제공부가 연결될 수 있으며, 전력 제공부는 상술한 태양전지로부터 제공되는 전력을 이용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 여과 장치에는 물 회수 장치가 추가로 연결될 수 있다.Although not shown in FIG. 2, the liquid urine wastewater from the third treatment tank 500 may be introduced into the fourth treatment tank 600 after solid substances are removed through a filtering device such as sand paper. The power supply unit may also be connected to the filtering device, and the power supply unit may use power provided from the above-described solar cell, but is not limited thereto. A water recovery device may be further connected to the filtration device.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily implemented by those of ordinary skill in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

Claims (7)

음전극과 양전극을 구비하는 제1처리조에서 소변 폐수를 전기 분해하여 수소 가스, 질소와 인의 침전물 및 액상의 소변 폐수 처리액을 제조하고,
제2처리조에서 상기 액상의 소변 폐수 처리액으로부터 인을 회수하는 것을 포함하는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The urine wastewater is electrolyzed in a first treatment tank having a negative electrode and a positive electrode to prepare a precipitate of hydrogen gas, nitrogen and phosphorus, and a liquid urine wastewater treatment solution,
The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater comprising recovering phosphorus from the liquid urine wastewater treatment liquid in a second treatment tank.
제1항에 있어서, 상기 제1처리조는 마그네슘 양이온, 칼슘 양이온, 포타슘 양이온 중 1종 이상을 함유하는 염을 포함하지 않는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The electrochemical method of claim 1, wherein the first treatment tank does not contain a salt containing at least one of magnesium cations, calcium cations, and potassium cations.
제1항에 있어서, 상기 음전극은 니켈, 탄소(carbon), 스테인레스 스틸(stainless steel) 중 1종 이상의 전극이고,
상기 양전극은 마그네슘, 니켈, 탄소(carbon) 중 1종 이상의 전극을 포함하는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The method of claim 1, wherein the negative electrode is at least one of nickel, carbon, and stainless steel,
The positive electrode includes at least one electrode of magnesium, nickel, and carbon. An electrochemical method for recovering resources from urine wastewater.
제1항에 있어서, 상기 제1처리조는 pH가 염기성인 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to claim 1, wherein the first treatment tank has a basic pH.
제1항에 있어서, 상기 제1처리조에는 전력 제공조가 추가 연결되고,
상기 전력 제공조는 태양전지를 포함하는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The method of claim 1, wherein a power supply tank is additionally connected to the first treatment tank,
The electric power supply tank comprises a solar cell, an electrochemical method for recovering resources from urine wastewater.
제1항에 있어서, 상기 제2처리조에는 칼슘 이온, 마그네슘 이온 중 하나 이상의 이온을 함유하는 수산화물 또는 탄화물이 포함되는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.
The electrochemical method for recovering resources from urine wastewater according to claim 1, wherein the second treatment tank contains a hydroxide or carbide containing at least one of calcium ions and magnesium ions.
제1항에 있어서, 상기 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법 은 상기 제2처리조로부터 나온 제1슬러지를 인 회수, 여과, 소독, 물 회수 중 1종 이상의 후 처리하는 것을 추가로 포함하는 것인, 소변 폐수로부터 자원 회수를 위한 전기화학적 방법.

The method of claim 1, wherein the electrochemical method for recovering resources from the urine wastewater further comprises post-treating at least one of phosphorus recovery, filtration, disinfection, and water recovery from the first sludge from the second treatment tank. That, an electrochemical method for resource recovery from urine wastewater.

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