KR100481445B1 - Apparatus for treatment of waste water - Google Patents
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Abstract
하폐수 처리장치로서, 본 발명은 음극과 양극을 가진 전기분해장치; 및 상기 음극 표면에 부착되어 전기분해 시 발생되는 수소를 포집하며, 탈질세균이 부착·증식하여 형성되는 생물막을 형성하기 위한 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하여 음극에서 발생하는 수소의 환원력을 이용하여 질산염을 제거하는 하폐수 처리장치를 제공한다. 이러한 하폐수 처리장치는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물의 전자 대사에서 요구되는 환원력을 유기물 대신 음극에서 발생하는 수소로 대체함으로써 유기물 함량이 매우 낮은 방류수로부터 질산염을 제거할 수 있다. As a wastewater treatment apparatus, the present invention provides an electrolysis apparatus having a cathode and an anode; And a matrix attached to the surface of the cathode to collect hydrogen generated during electrolysis, and to form a biofilm formed by attaching and multiplying denitrifying bacteria, using a reducing power of hydrogen generated from the cathode. It provides a waste water treatment apparatus for removing the. The wastewater treatment apparatus can remove nitrates from the effluent water having a very low organic matter content by replacing the reducing power required in the electron metabolism of microorganisms producing energy by nitrate breathing with hydrogen generated at the cathode instead of the organic matter.
Description
본 발명은 하폐수 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기분해장치 를 구비하여 음극에서 발생되는 수소를 에너지원으로 이용하여 질산염을 제거할 수 있으며, 또한 양극의 산화력을 이용하여 생물학적 처리의 효율을 향상시킬 수 있는 하폐수 처리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wastewater treatment apparatus, and more particularly, an electrolysis apparatus The present invention relates to a wastewater treatment apparatus capable of removing nitrates by using hydrogen generated from a cathode as an energy source, and improving efficiency of biological treatment by using oxidation power of the anode.
하폐수 내의 질소성분은 유기질소와 무기질소의 형태로 존재하며, 이들을 합하여 총 질소라 한다. 무기질소는 다시 암모니아성 질소와 질산성 질소(NOx)로 구분되며, 암모니아성 질소와 유기질소를 합하여 TKN(Total Kieldahl Nitrogen)이라 한다. Nitrogen components in sewage water exist in the form of organic nitrogen and inorganic nitrogen, which are referred to as total nitrogen. Inorganic nitrogen is again classified into ammonia nitrogen and nitrate nitrogen (NOx), and ammonia nitrogen and organic nitrogen are called TKN (Total Kieldahl Nitrogen).
하폐수 중으로 유입되는 질소성분은 대부분 TKN 형태이며, 이들은 일반적으로 질산화(nitrification)와 탈질(denitrification)의 2단계 과정에 의한 생물학적 처리방법에 의하여 처리된다. 즉, 질산화 단계에서는 호기성인 질산화균에 의해 질산성 질소로 전환되며, 탈질단계에서는 무산소 조건 하에서 산소 대신에 질산성을 질소를 전자수용체로 사용하는 탈질 세균이 유기물을 산화시키고 질산성 질소는 질소 기체로 환원시켜 대기 중으로 방출시킨다. Most of the nitrogen components flowing into the sewage water are in the form of TKN, and they are generally treated by a biological treatment method by a two-step process of nitrification and denitrification. That is, in the nitrification step, the aerobic nitrification bacteria are converted into nitrate nitrogen. In the denitrification step, denitrification bacteria which use nitrate as an electron acceptor instead of oxygen under anoxic conditions oxidize the organic matter and nitrate nitrogen is nitrogen gas. To be released into the atmosphere.
탈질 반응은 유기물이 있는 경우와 없는 경우로 구분할 수 있다. 유기물이 없는 경우를 내생 탈질반응(endogenous denitrofication)이라고 하며, 탈질 속도가 느려 긴 체류시간을 필요로 하는 반면, 유기물이 있는 경우는 탈질 속도가 매우 빠르기 때문에 체류시간을 짧게 할 수 있다. 유기물이 있는 경우에는 구체적인 탈질 속도는 유기물의 종류에 따라 달라질 수 있다. The denitrification reaction can be classified into the presence and absence of organic matter. The absence of organics is called endogenous denitrofication, and the denitrification rate is slow and requires a long residence time, while the presence of organics can be shortened because the denitrification rate is very fast. In the case of organic matter, the specific denitrification rate may vary depending on the type of organic matter.
일반적으로 무산소 탈질 반응조에서 미생물에 의한 생물학적 탈질반응이 유지되기 위해서는 질소에 대한 탄소의 비율이 3 이상을 유지해야 한다. 이것은 10 mg/L의 질소를 제거하기 위해서 30 mg/L 이상의 유기성 탄소가 필요하다는 것을 의미하는 것이다. 이러한 이유 때문에 하폐수 처리시설에서는 질산염을 생물학적으로 제거하기 위해서 폭기반응조와 무산소 탈질 반응조를 병열로 배열하고 초산염, 메틸알콜 등의 탄소원을 공급하면서 장시간의 반응시간을 유지해야 한다. 또한 이러한 탄소원은 질산염 제거 후에도 잔류하여 폐수의 BOD를 증가시킨다. In general, in order to maintain biological denitrification by microorganisms in an anoxic denitrification tank, the ratio of carbon to nitrogen must be maintained at 3 or more. This is 10 This means that more than 30 mg / L of organic carbon is needed to remove mg / L of nitrogen. For this reason, wastewater treatment facilities have to arrange aeration tanks and anoxic denitrification tanks in parallel in order to remove nitrates biologically, and maintain a long reaction time while supplying carbon sources such as acetate and methyl alcohol. This carbon source also remains after nitrate removal, increasing the BOD of the wastewater.
탄소원에 의한 미생물학적 질산염 제거가 장시간 소요되는 단점을 극복하기 위해 폭기조와 무산소조를 여러 개의 조합으로 하여 병렬로 연결시킴으로써 처리효율을 개선할 수 있었으나 유기탄소 영양원을 추가로 공급하여야 하는 것은 마찬가지이므로 잔류의 탄소원으로 인한 BOD 발생을 추가의 폭기반응 또는 화학적 응집반응을 통해 이를 제거해야 하는 문제점이 발생한다. In order to overcome the drawback of microbiological nitrate removal by carbon source for a long time, it was possible to improve treatment efficiency by connecting aeration tank and anoxic tank in multiple combinations in parallel, but it is necessary to supply additional organic carbon nutrient sources. The problem arises in that BOD generation due to carbon sources has to be eliminated through further aeration or chemical flocculation.
상기와 같은 미생물학적 질산제거 반응 시 탄소원으로부터 미생물의 질산염호흡대사에서 필요로 하는 환원력을 공급받는 대신 전기분해장치를 설치하여 전기분해 시 발생하는 수소의 환원력을 이용하여 미생물학적으로 질산을 환원시키는 방법을 착안하였다. When the microbiological nitric acid removal reaction as described above, instead of being supplied with the reducing power required in the nitrate breathing metabolism of the microorganism from the carbon source, by installing an electrolysis device to reduce the nitric acid microbiologically using the reducing power of hydrogen generated during electrolysis Was conceived.
그러나 단순히 전기분해장치에서 발생되는 수소를 미생물이 질산을 환원시키기 위한 에너지원으로 사용하기란 용이하지 않다. 폐수 내에 설치된 전기분해장치의 전극에서 발생된 수소는 물에서의 용해도가 매우 낮아 신속히 물에서 빠져나와 공기 중으로 날아가기 때문이다. 그러므로 이와 같이 신속히 공중으로 날아가는 수소를 미생물이 질산환원을 위한 에너지로 사용하기 위해서는 수소가 발생하는 즉시 미생물이 수소를 이용할 수 있어야 하는 문제점이 발생하는 것이다. However, it is not easy to use hydrogen generated in the electrolysis device as an energy source for reducing the nitric acid. This is because hydrogen generated at the electrode of the electrolysis device installed in the waste water has very low solubility in water and quickly exits the water and flows into the air. Therefore, in order for the microorganisms to fly to the air quickly as the energy for the nitric acid reduction, the microorganisms must use the hydrogen as soon as the hydrogen is generated.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연속식 하.폐수의 처리공정에서 별도의 유기탄소를 이용하지 않고 병렬식의 다단계 반응조를 사용하지 않는 질산염을 효율적으로 제거할 수 있는 방법을 연구한 결과, 본 발명자들은 상기 미생물학적 질산염 제거에 있어서 탄소원을 이용하지 않고 탄소에서 얻는 질산환원의 에너지원을 탄소 이외의 다른 것에서 얻는 방법을 연구한 결과 본 발명을 완성하게 된 것이다. In order to solve the above problems, the present inventors have studied a method for efficiently removing nitrates without using separate organic carbon in a continuous process of treating sewage and wastewater without using a parallel multistage reactor. They have completed the present invention as a result of studying a method of obtaining an energy source of nitrate reduction from carbon other than carbon without using a carbon source in removing the microbiological nitrate.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 탄소원으로부터 미생물의 질산염호흡대사에서 필요로 하는 환원력을 공급받는 대신 전기분해장치를 설치하여 전기분해 시 발생하는 수소의 환원력을 이용하여 미생물학적으로 질산염을 환원시킬 수 있는 장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the nitrate microbiologically by using the reducing power of hydrogen generated during electrolysis by installing an electrolysis device instead of receiving the reducing power required in the nitrate breathing metabolism of the microorganism from a carbon source. It is to provide a device that can.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention
음극과 양극을 가진 전기분해장치를 포함하는 하폐수 처리장치에 있어서, In the wastewater treatment apparatus comprising an electrolysis device having a cathode and an anode,
상기 음극 표면에 부착되어 전기분해 시 발생되는 수소를 포집하며, 탈질세균이 부착·증식하여 형성되는 생물막을 형성하기 위한 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하여 음극에서 발생하는 수소의 환원력을 이용하여 질산염을 제거하는 하폐수 처리장치를 제공한다. Nitrate using a reducing power of hydrogen generated from the cathode, characterized in that it further comprises a matrix for attaching to the surface of the cathode to capture the hydrogen generated during electrolysis, the biofilm is formed by attaching and proliferating denitrification bacteria It provides a waste water treatment apparatus for removing the.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 상기 하폐수 처리장치를 2개의 처리조로 구획하고 각각 처리조에 상기 양극과 상기 음극이 구비되도록 하는 격막과 상기 양극을 포함하는 처리조에서 음극을 포함하는 처리조로 하폐수가 폐수의 수위에 따라 흐를 수 있도록 격막의 소정의 높이에 형성된 폐수 유동구를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이 경우에 상기 양극을 포함하는 처리조는 생물학적 폭기 반응조이고, 음극을 포함하는 처리조는 무산소 탈질 반응조이다. The wastewater treatment apparatus according to the present invention as described above divides the wastewater treatment apparatus into two treatment tanks so that the anode and the cathode are provided in the treatment tank, respectively. In the treatment tank including the diaphragm and the positive electrode to the treatment tank including the negative electrode further comprises a wastewater flow port formed at a predetermined height of the diaphragm so that the waste water flows according to the level of the waste water, in this case the anode The treatment tank containing is a biological aeration reaction tank, and the treatment tank containing a negative electrode is an anoxic denitrification reaction tank.
상술한 바와 같은 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 양극의 표면에도 유기물의 생분해를 촉진하는 세균이 부착·증식하여 형성되는 생물막을 형성하기 위한 매트릭스가 부착되는 것이 바람직하다. In the wastewater treatment apparatus as described above, it is preferable that a matrix for forming a biofilm formed by adhesion and propagation of bacteria which promotes biodegradation of organic matter is also attached to the surface of the anode.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 매트릭스는 압축 플라스틱 섬유 또는 담체용 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 매트릭스의 표면에는 미생물 및 유기물의 부착을 용이하게 하기 위하여 활성탄이 더 도포되어 있는 것이 바람직하다. In the wastewater treatment apparatus according to the present invention as described above, the matrix is preferably made of compressed plastic fibers or carrier material. In addition, the surface of the matrix is preferably further coated with activated carbon in order to facilitate the attachment of microorganisms and organic matter.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하폐수 처리장치에 있어서, 상기 음극은 금속전극 또는 탄소전극인 것이 바람직하며, 또한 상기 양극은 탄소전극인 것이 바람직하다. In the wastewater treatment apparatus according to the present invention as described above, the cathode is preferably a metal electrode or a carbon electrode, and the anode is preferably a carbon electrode.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하폐수 처리장치를 모식적으로 도시한 것으로서, 이를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 무산소 탈질 반응조(10)에 양극(11), 음극(12) 및 전원공급장치(13)를 가지는 전기분해장치와, 상기 표면에 부착되어 전기분해 시 발생되는 수소를 포집하며, 탈질세균이 부착· 증식하여 형성되는 생물막을 형성하기 위한 매트릭스(14)를 포함하여 음극에서 발생하는 수소의 환원력을 이용하여 질산염을 제거하는 것을 특징으로 한다. 1 is a schematic diagram of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the wastewater treatment apparatus according to the present invention includes a positive electrode 11 and a negative electrode in an anoxic denitrification reactor 10. 12) and an electrolysis device having a power supply device 13, attached to the surface to collect hydrogen generated during electrolysis, and denitrifying bacteria adhere to Including a matrix 14 for forming a biofilm formed by proliferation, it is characterized in that the nitrate is removed using the reducing power of hydrogen generated from the cathode.
즉, 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물의 대사에서 요구되는 환원력을 유기물 대신 수소로 대체함으로서 유기물의 함량이 매우 낮은 방류수로부터 질산염을 생물학적으로 제거하는 할 수 있도록 한 것이다. In other words, the wastewater treatment apparatus according to the present invention replaces the reducing power required for metabolism of microorganisms that produce energy by nitrate breathing with hydrogen instead of organic matter so that nitrate can be biologically removed from the effluent with a very low organic content. will be.
질산염이 제거되는 기전을 보면, 전기분해 시 발생하는 수소는 음극에 부착된 매트릭스에 의해 포집되고, 또한 음극에 부착된 매트릭스에 생성되는 생물막에 존재하는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물이 질산염을 환원시켜 질소를 생성시킨다. 매트릭스의 생물막에 존재하는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물이 상기 질산염 제거장치의 음극전극에서 발생되는 수소를 이용하여 질산염을 제거하는 기전을 도 2에 상세하게 나타내었다. 미생물에 의해 질산염으로부터 생성된 질소는 물에 대한 용해도가 낮아 즉시 공기 중으로 방출되어 폐수 중에서 제거된다. The mechanism by which nitrates are removed shows that the hydrogen produced during electrolysis is captured by the matrix attached to the cathode, and microorganisms that produce energy by nitrate breathing in the biofilm generated in the matrix attached to the cathode are absorbed. Reduction produces nitrogen. The mechanism by which microorganisms producing energy by nitrate breathing in the biofilm of the matrix removes nitrates using hydrogen generated from the cathode electrode of the nitrate removing apparatus is shown in detail in FIG. 2. Nitrogen produced from nitrates by microorganisms has low solubility in water and is immediately released into the air and removed from wastewater.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예의 처리 장치를 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a processing apparatus of another embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 전기분해장치의 표면에 매트릭스(15)가 부착된 양극(11)이 설치된 생물학적 폭기 반응조(20), 표면에 매트릭스(14)가 부착된 음극(12)을 가지는 무산소 탈질 반응조(10), 상기 생물학적 폭기 반응조(20)와 무산소 탈질 반응조 사이에는 폐수 유동구(31)를 가지는 격막(30) 을 설치하여 생물학학적 폭기 반응조에서 처리된 하폐수가 수위가 높아짐에 따라 무산소 탈질 반응조로 이동하도록 하여 생물학적 폭기 반응조에서는 미생물의 산화대사에 필요한 산화력으로 양극의 산화력을 이용하여 생물학적 폭기 반응조의 폐수 처리 효율을 높이고, 연속적으로 무산소 탈질 반응조에서는 음극에서 발생된 수소에 의해 질산염이 환원되어 제거되는 것이다. Referring to FIG. 3, the wastewater treatment apparatus according to the present invention has a biological aeration reactor 20 in which an anode 11 having a matrix 15 is attached to a surface of an electrolysis device, and a cathode having a matrix 14 attached to a surface thereof. Oxygen-free denitrification tank 10 having 12, diaphragm 30 having a wastewater flow port 31 between said biological aeration reactor 20 and anoxic denitrification reactor. The wastewater treated in the biological aeration reactor was moved to an anoxic denitrification tank as the water level increased.The biological aeration reactor uses the oxidation power of the anode as the oxidation power required for the oxidation metabolism of microorganisms. In the anoxic denitrification reactor, the nitrate is reduced and removed by hydrogen generated at the cathode.
상기 전기분해장치의 양극(11)의 표면에 부착되는 매트릭스(15) 역시도 유기물을 생분해하는 세균이 부착 증식되어 생물막이 형성되는 것으로서, 양극 표면 근처에 생물막이 형성되므로 양극 산화력을 미생물이 용이하게 이용할 수 있게 되어 생물학적 폭기 반응조의 유기물의 산화의 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. The matrix 15 attached to the surface of the anode 11 of the electrolysis device is also a biofilm formed by attaching and proliferating bacteria that biodegrade organic matter. The biofilm is formed near the surface of the anode, so that the microorganism can easily use the anodic oxidation power. It is possible to improve the efficiency of the oxidation of the organic matter of the biological aeration reactor.
또한, 상기 생물학적 폭기 반응조와 무산소 탈질 반응조의 용적비는 10:1 내지 8:1이 바람직하다. 이 비율은 일반적으로 종래의 일반적으로 생물학적 폭기 반응조와 무산소 탈질 반응조가 병렬적으로 연결된 처리 시스템에서의 각각의 반응조의 용적비를 따른 것이다. In addition, the volume ratio of the biological aeration reactor and the anoxic denitrification reactor is preferably 10: 1 to 8: 1. This ratio is generally in accordance with the volume ratio of each reactor in the treatment system in which the conventional generally biological aeration reactor and the anoxic denitrification reactor are connected in parallel.
상술한 바와 같은 도 1과 도 3에 있어서, 전기분해장치에서 양극(11)과 음극(12)의 전위차는 5 내지 10볼트인 것이 바람직하다. 이러한 전위차는 음극에서 수소를 생산하기에 충분한 것으로서, 이 이상의 전위차를 유지할 경우에는 전력 소비량이 많아져 생산 설비의 운영비를 증가시키며, 또한 안전사고의 문제점이 있다. 1 and 3 as described above, the potential difference between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 in the electrolysis device is preferably 5 to 10 volts. Such a potential difference is sufficient to produce hydrogen at the cathode. When the potential difference is maintained above this level, power consumption increases, increasing the operating cost of the production equipment, and there is a problem of a safety accident.
상술한 바와 같은 도 1 및 도 3에 있어서, 양극(11)은 탄소전극을 사용하는 것이 바람직하다. 전기분해에 의해 양극에서는 산화성을 띄게 되고 이러한 산화성에 의해 부식이나 소모성이 없는 재질을 적용하는 것이 바람직하기 때문이다. 이러 한 양극(11)에서는 생물학적 산화반응에 의해 유기물의 생분해가 촉진되어 폐수를 정화시킨다. 1 and 3 as described above, the anode 11 preferably uses a carbon electrode. This is because it is desirable to apply a material which is oxidative at the anode by electrolysis and which is not corroded or consumed by this oxidative property. This At one anode 11, biodegradation of organic matter is promoted by biological oxidation to purify the wastewater.
또한, 음극(12)은 탄소전극 또는 금속전극을 사용할 수 있다. 상기 금속전극은 일반적인 전기 분해장치에에서 금속전극으로서 사용할 수 있는 어떤 것도 가능하며, 그 예로는 주석, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 철 및 철을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. In addition, the cathode 12 may use a carbon electrode or a metal electrode. The metal electrode may be anything that can be used as a metal electrode in a general electrolytic apparatus, and examples thereof include tin, aluminum, stainless steel, iron and an alloy containing iron as the main component.
또한, 상극 음극과 양극은 그 두께는 약 0.5 내지 1mm, 그 표면적은 약 0.018 내지 0.02 평방미터/리터인 것이 바람직하다. In addition, the thickness of the upper cathode and the anode is preferably about 0.5 to 1 mm, and the surface area thereof is about 0.018 to 0.02 square meters / liter.
본 발명에 따른 하폐수 처리장치에 있어서, 전극에 부착시킨 매트릭스(14, 15)는 미생물의 생물막 형성을 위한 것으로서 이러한 매트릭스에 생성된 생물막에 존재하는 미생물에 의해 생물학적 폭기 반응조에서는 유기물의 산화반응에 의한 생분해가 촉진되고 무산소 탈질 반응조에서는 전극에서 발생한 수소를 에너지원으로 한 질산염호흡대사가 이루어진다. 상기와 같은 매트릭스가 전극에 부착되어 양극에서는 양극의 산화력을 미생물이 이용할 수 있게 되어 유기물의 산화반응이 촉진되며, 음극에서는 발생된 용해도가 낮아 즉시 공기 중으로 방출되는 수소를 포집하여 탈질 미생물이 수소를 에너지원으로 이용할 수 있게 하여 준다. 그러므로 매트릭스가 부착되어 각 전극에서 발생되는 산화력 또는 수소를 발생 즉시 미생물이 이용할 수 있도록 하는 것이다. In the wastewater treatment apparatus according to the present invention, the matrix (14, 15) attached to the electrode is for the formation of a biofilm of microorganisms by the oxidation reaction of organic matter in the biological aeration reactor by the microorganisms present in the biofilm produced in the matrix. Biodegradation is promoted, and in an anoxic denitrification reactor, nitrate respiratory metabolism using hydrogen generated from the electrode as an energy source occurs. As the matrix is attached to the electrode, the oxidation power of the anode can be used by the microorganism at the anode to promote the oxidation reaction of the organic matter, and the solubility generated at the cathode is low so that the nitrogen which is immediately released into the air is trapped by the denitrification microorganism. Make it available as an energy source. Therefore, the matrix is attached so that the microorganisms can immediately use the oxidizing power or hydrogen generated at each electrode.
이러한 매트릭스(14, 15)는 미생물이 부착되어 성장하기에 용이한 압축 플라스틱 섬유 또는 일반적인 미생물 담체용 소재를 이용하여 만들 수 있다. Such matrices 14 and 15 can be made using compressed plastic fibers or materials for common microbial carriers that are easy to grow with microorganisms attached.
구체적으로 보면, 상기 매트릭스는 망상형의 나일론 필터, 나일론 부틱포, 스폰지, 폴리올레핀계 필터(예를 들어, 폴리프로피렌 필터) 또는 미생물용 담체를 제조하는 사용되는 재질을 이용하여 만들 수 있으며, 전극과 매트릭스의 부착은 일반적인 접착제를 사용하여 전극의 양면에 매트릭스가 고정되므록 부착한다. Specifically, the matrix may be made using a mesh-like nylon filter, nylon boutique fabric, sponge, polyolefin filter (for example, polypropylene filter) or a material used to prepare a carrier for microorganisms, the electrode The attachment of the matrix to the matrix is performed by fixing the matrix on both sides of the electrode using a general adhesive.
상기 매트릭스의 두께는 약 5 내지 10mm인 것이 바람직한데, 두께가 5mm 미만인 경우에는 수소의 포집 및 미생물의 부착이 어려우며, 또한 두께가 10mm을 초과하는 경우에는 지나치게 많은 미생물량이 부착하여 전극판에서 생산되는 수소가 충분히 확산될 수 없기 때문에 처리 효율이 감소할 수 있다. It is preferable that the thickness of the matrix is about 5 to 10 mm. If the thickness is less than 5 mm, it is difficult to collect hydrogen and attach microorganisms. Also, when the thickness is more than 10 mm, too much microorganisms are attached to produce the electrode plate. The processing efficiency may decrease because hydrogen cannot be diffused sufficiently.
또한, 상기 매트릭스(14, 15)에 미생물 및 유기물의 부착이 용이하도록 활성탄의 매트릭스의 표면에 도포하여 사용할 수도 있다. In addition, it may be applied to the surface of the matrix of activated carbon to facilitate the attachment of microorganisms and organic matter to the matrix (14, 15).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Since these examples are only for illustrating the present invention, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
(실시예) (Example)
실시예 1 : 본 발명에 따른 연속적 처리 장치의 제조 Example 1 Preparation of Continuous Processing Apparatus According to the Invention
도 3에 도시한 바와 같이 가로 1m, 세로 2m, 높이 1.5m 의 반응장치를 제조하였는데, 전체 용량이 (3,000)리터인 처리조를 용적비가 4:1이 되도록 격막을 설치하였으며, 또한 격막은 바닥에서 0.5m의 높이부터 약 20cm 간격으로, 좌우로 25 cm 간격으로 직경이 3cm인 폐수 유동구를 15개를 갖도록 하였다. As shown in FIG. 3, a reactor having a width of 1 m, a height of 2 m, and a height of 1.5 m was manufactured. A diaphragm was installed in a treatment tank having a total capacity of (3,000 liters) so that the volume ratio was 4: 1. 15 wastewater inlets having a diameter of 3 cm at a distance of 25 cm from left and right at a height of 0.5 m at.
그리고, 전원공급장치로는 직류전원 공급장치를 이용하였으며, 양극과 음극 의 전위차가 약 5 내지 10볼트가 나도록 하였다. 또한, 양극은 격막으로 분리된 반응기 중 용적이 넓은 부분에 탄소전극으로 4개를 설치하였으며, 음극은 격막으로 분리된 반응기 중 용적이 좁은 부분에 철을 주성분으로 하는 합금 전극으로 4개를 설치하였다. 또한, 양극 전극과 음극 전극의 두께는 약 1mm이고, 반응기내 양극과 음극의 총 면적은 각각 27 m 2 으로 조정하였고 단위용량당 양극과 음극의 면적은 각각 0.01125m 2 /L와 0.045m 2 /L이 되게 하였다.As a power supply device, a DC power supply device was used, and the potential difference between the positive electrode and the negative electrode was about 5 to 10 volts. In addition, four anodes were installed as a carbon electrode in a large volume of the reactor separated by a diaphragm, and four cathodes were installed as an alloy electrode mainly composed of iron in a narrow volume of the reactor separated by a diaphragm. . Further, the thickness of the anode electrode and the cathode electrode is about 1mm, the reaction total area of the cabin the positive electrode and the negative electrode was 27 m 2 was adjusted to a unit area of the positive electrode and the negative electrode capacity per each of the respective 0.01125m 2 / L and 0.045m 2 / L was made.
마지막으로, 각 전극의 표면에 부착되는 매트릭스는 폴리프로필렌으로 만들어진 비표면적이 120 cm 3 /g인 비멤브레인 형의 필터로서 두께가 약 7mm이었으며 분말활성탄(입자의 직경: 50 ??M)을 표면에 부착하였다.Finally, the matrix attached to the surface of each electrode was a non-membrane type filter with a specific surface area of 120 cm 3 / g made of polypropylene, which was about 7 mm thick and had a surface of powdered activated carbon (particle diameter: 50 ° M). Attached to.
실험예 1 : 식당 폐수의 처리 Experimental Example 1 Treatment of Restaurant Wastewater
식당에서 세척수로 사용한 하수를 상기 실시예 1에서 제조한 연속처리방식의 하폐수 처리징치 이용하여 30일간 처리하였다. 활성슬러지법에 의한 생물학적 폭기 반응조에 유입된 하수를 유입수, 활성슬러지법에 생물학적 폭기 반응조를 거쳐 무산소 탈질 반응조에 유입된 하수를 유출수, 무산소 탈질 반응조에서 질산염이 제거처리가 된 하수를 탈질반응 후라고 하여 각각의 경우에 BOD와 NO3-를 측정하여 그 결과는 하기의 표 1에 나타내었다. The sewage used as washing water in the restaurant was treated for 30 days using the wastewater treatment treatment of the continuous treatment method prepared in Example 1. The sewage flowed into the biological aeration reactor by the activated sludge method is the influent, the sewage flowed into the anoxic denitrification reactor via the biological aeration reactor to the activated sludge method, and the sewage from which the nitrate is removed from the anoxic denitrification reactor is the denitrification reaction. In each case, BOD and NO3- were measured, and the results are shown in Table 1 below.
상기와 같은 결과를 얻기 전에 측정한 무산소 탈질 반응조에 유입되는 유출수의 질소에 대한 탄소의 비율은 0.1 내지 0.5였는데, 본 발명에 따른 무산소 탈질 반응조는 상기의 정도로 탄소 비율이 낮은 경우에도 충분의 질산염 제거가 가능하다는 것을 상기 표 1을 측정 결과를 통해서 알 수 있다. The ratio of carbon to nitrogen of the effluent flowing into the anoxic denitrification tank measured before obtaining the above results was 0.1 to 0.5, and the anoxic denitrification tank according to the present invention is sufficient to remove nitrate even when the carbon ratio is low. Table 1 can be seen from the measurement results that it is possible.
실험예 2: 염색폐수의 처리 Experimental Example 2: Treatment of Dyeing Wastewater
대구 염색 공단에 수거한 염색폐수를 상기 실시예 1에서 제조한 연속처리방식의 하폐수 처리장치를 이용하여 2주간 처리하였다. 활성슬러지법에 의한 생물학적 폭기 반응조에 유입된 하수를 유입수, 활성슬러지법에 의한 생물학적 폭기 반응 조를 거쳐 무산소 탈질 반응조에 유입된 하수를 유출수, 무산소 탈질 반응조에서 질산염이 제거처리가 된 하수를 탈질반응 후라고 하여 각각의 경우에 BOD와 NO3-를 측정하여 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다. The dyeing wastewater collected in the cod dyeing complex was treated for two weeks using the wastewater treatment apparatus of the continuous treatment method prepared in Example 1. Sewage flowed into the biological aeration reactor by activated sludge method, inflow water, biological aeration reaction by activated sludge method The sewage flowing into the anoxic denitrification tank through the tank was effluent and the sewage treated with nitrate in the anoxic denitrification tank after denitrification was measured for BOD and NO3- in each case. It was.
상기와 같은 결과를 얻기 전에 측정한 무산소 탈질 반응조에 유입되는 유출수의 질소에 대한 탄소의 비율은 0.1 내지 0.5였는데, 본 발명에 따른 무산소 탈질 반응조는 상기의 정도로 탄소 비율이 낮은 경우에도 충분의 질산염 제거가 가능하다는 것을 상기 표 2를 측정 결과를 통해서 알 수 있다. The ratio of carbon to nitrogen of the effluent flowing into the anoxic denitrification tank measured before obtaining the above results was 0.1 to 0.5, and the anoxic denitrification tank according to the present invention is sufficient to remove nitrate even when the carbon ratio is low. Table 2 can be seen from the measurement results that it is possible.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하폐수 처리장치는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물의 전자 대사에서 요구되는 환원력을 유기물 대신 음극에서 발생하는 수소로 대체함으로써 유기물 함량이 매우 낮은, 구체적으로 질소에 대한 탄소의 비율이 0.1 내지 0.5 정도의 방류수로부터 질산염을 제거할 수 있으며, 또한 양극을 생물학적 폭기 반응조에 설치하여 미생물의 산화대사에 필요 한 산화력을 이용할 수 있게 하여 활성슬러지법으로 폐수를 처리하는 반응기의 효율을 개선하였다. As described above, the wastewater treatment apparatus according to the present invention replaces the reducing power required in the electron metabolism of microorganisms producing energy by nitrate breathing with hydrogen generated at the cathode instead of organic matter, specifically, in nitrogen. Nitrate can be removed from the effluent with a carbon-to-carbon ratio of 0.1 to 0.5, and the anode is installed in a biological aeration reactor to be used for the metabolism of microorganisms. By utilizing one oxidation power, the efficiency of the reactor for treating wastewater by activated sludge process was improved.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 처리장치를 모식적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 질산염 제거와 관련된 반응조의 작동원리를 모식적으로 나타낸 것이다. 고분자 매트릭스의 생물막에 존재하는 질산염 호흡에 의해 에너지를 생산하는 미생물이 질산염 제거장치의 음극전극에서 발생되는 수소를 이용하여 질산염을 제거하는 기전을 모식적으로 나타낸 것이다. Figure 2 schematically shows the operating principle of the reaction tank associated with nitrate removal. Microorganisms that produce energy by nitrate respiration present in the biofilm of the polymer matrix schematically show the mechanism of removing nitrate by using hydrogen generated from the cathode electrode of the nitrate removal device.
도 3은 양극이 구비되는 생물학적 폐수처리 반응조와 음극이 구비되는 무산소 탈질 반응조가 연결된 형태의 실시예를 모식적으로 도시한 것이다. FIG. 3 schematically shows an embodiment in which a biological wastewater treatment reactor equipped with an anode and an anoxic denitrification reactor equipped with a cathode are connected.
<도면 주요 부호에 대한 설명><Description of Drawing Major Symbols>
10: 무산소 탈질 반응조 11: 양극 10: anoxic denitrification reactor 11: anode
12: 음극 13: 전원공급장치 12: cathode 13: power supply
14, 15: 매트릭스 20: 생물학적 폭기 반응조 14, 15: Matrix 20: biological aeration reactor
30: 격막 31: 폐수 유동구 30: diaphragm 31: wastewater flow port
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