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KR101775010B1 - Anaerobic treatment system of wastewater combinined pressure retarded osmosis system and bio-electrochemical system - Google Patents

Anaerobic treatment system of wastewater combinined pressure retarded osmosis system and bio-electrochemical system Download PDF

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KR101775010B1
KR101775010B1 KR1020150132478A KR20150132478A KR101775010B1 KR 101775010 B1 KR101775010 B1 KR 101775010B1 KR 1020150132478 A KR1020150132478 A KR 1020150132478A KR 20150132478 A KR20150132478 A KR 20150132478A KR 101775010 B1 KR101775010 B1 KR 101775010B1
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wastewater
bio
biogas
wastewater treatment
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Inventor
이창수
김자애
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혐기 소화 과정 전후에 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합함으로써, 압력지연삼투를 통한 전기발생 시 자발적으로 폐수를 사전-농축시켜 혐기 소화 공정에 공급하고, 혐기 소화 공정에서 생성된 바이오가스를 전기메탄생성 셀에 공급한 후, 바이오가스 중 이산화탄소의 환원에 압력지연삼투에서 발생된 전기를 사용하여 고품질의 바이오가스를 생산할 수 있는, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an anaerobic wastewater treatment system, and more particularly, to a method of anaerobic wastewater treatment by combining a pressure delay osmosis system and a bio-electrochemical system before and after the anaerobic digestion process to pre-concentrate wastewater spontaneously upon generation of electricity through pressure delay osmosis, Which is capable of producing high-quality biogas by using electricity generated by pressure delay osmosis in the reduction of carbon dioxide in the biogas after supplying the biogas produced in the anaerobic digestion process to the process, To an anaerobic wastewater treatment system combining delayed osmosis and bio-electrochemical systems.

Description

압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수처리 시스템 {ANAEROBIC TREATMENT SYSTEM OF WASTEWATER COMBININED PRESSURE RETARDED OSMOSIS SYSTEM AND BIO-ELECTROCHEMICAL SYSTEM}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an anaerobic wastewater treatment system combined with pressure delayed osmosis and bio-electrochemical systems,

본 발명은 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혐기 소화 과정 전후에 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 각각 결합함으로써, 고비용이 요구되는 호기 공정을 배제시키고 이산화탄소를 캡쳐하면서 고품질의 바이오가스를 고효율로 생산하여 에너지 회수율을 극대화할 수 있는 환경친화적인 자립형 폐수처리 기술인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수처리 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an anaerobic wastewater treatment system, and more particularly, to a method and system for anaerobic wastewater treatment, which comprises combining pressure delay osmosis and bio-electrochemical systems before and after an anaerobic digestion process to eliminate high- cost aerobic processes and capture high- To an anaerobic wastewater treatment system that combines pressure-delayed osmosis and bio-electrochemical systems, which is an environmentally friendly self-sustaining wastewater treatment technology capable of maximizing the energy recovery rate with high efficiency.

오늘날 실제 활용되고 있는 폐수처리, 특히 생활폐수를 처리하기 위한 기술 대부분은, 통기 (aeration)를 위해 막대한 양 [폐수처리 플랜트의 전체 운용비의 50% 이상]의 에너지를 요구하는 호기 바이오 공정 (예를 들어, 활성 슬러지 공정)에 기반을 두고 있다. 게다가, 이러한 호기 공정은 관리에 아주 큰 비용이 요구되는 엄청난 양의 폐슬러지를 발생시킨다. 폐수를 정화하기 위한 수요는 전 세계적으로 계속해서 증가하고 있으며, 특히 개발도상국에서 빠른 산업화 및 도시화에 따라 계속 증가하고 있다. 중국에서는, 국민의 수요를 감당하기 위해 2007년까지 10년 사이에 600개가 넘는 폐수처리 플랜트가 신축되었고, 중국 내 폐슬러지 생산은 한해 5%까지 증가하고 있다. 폐수처리는 환경문제 및 보건위생과 직접 관련된 민감한 문제이기 때문에 불가피하다. 그러나, 오늘날 심각한 환경적 위기 및 에너지 위기에 직면한 인류에게 경제적이고 효율적이면서 환경친화적으로 폐수를 처리할 수 있는 기술의 개발은 가장 어려운 숙제이다.Most of the technologies currently used in wastewater treatment, especially the treatment of domestic wastewater, require a vast amount of energy for aeration (more than 50% of the total operating cost of the wastewater treatment plant) For example, an activated sludge process). In addition, this exhalation process produces a significant amount of waste sludge, which is very costly to manage. Demand for wastewater purification continues to increase globally and continues to grow, especially in developing countries, with rapid industrialization and urbanization. In China, more than 600 wastewater treatment plants have been built in ten years to meet the needs of the population in 2007, and waste sludge production in China has increased to 5% per year. Wastewater treatment is inevitable because it is a sensitive issue directly related to environmental problems and health hygiene. However, the development of technologies that are economically, efficiently and environmentally friendly to the wastewater in the face of today's severe environmental crisis and energy crisis is the most difficult task.

폐수는, 생분해 유기 오염원의 형태로, 호기 처리 시 필요한 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 포함하고 있다. 전면적인 생활폐수처리 플랜트 (municipal WWTP, 35,700 m3/day의 용량)에 관한 에너지 밸런스 연구에서, 미처리 생활폐수 (431 ± 8 mg/L의 COD)의 잠재 에너지 함량은 전체 플랜트를 운용하기 위해 필요한 에너지의 약 9.3 배를 초과하는 것으로 보고된 바 있다. 이러한 에너지가 상당수 회수될 수 있다면, 생활폐수처리 플랜트는 에너지-중립 또는 순-에너지 (net-energy) 생산도 가능할 수 있다. 이를 위해, 생각할 수 있는 접근법은, 호기 공정으로 폐수를 처리하기 전에 먼저 미처리 폐수로부터 에너지를 회수하여 호기 처리의 사용을 최소화 또는 배제시키는 것이다.
Wastewater, in the form of biodegradable organic pollutants, contains much more energy than the energy required for aerobic treatment. In an energy balance study of an overall wastewater treatment plant (municipal WWTP, capacity of 35,700 m 3 / day), the potential energy content of untreated domestic wastewater (431 ± 8 mg / L COD) is needed to operate the entire plant It has been reported that it exceeds about 9.3 times of energy. If such energy can be recovered to a large extent, a domestic wastewater treatment plant may be capable of producing energy-neutral or net-energy. To this end, a conceivable approach is to first recover energy from untreated wastewater to minimize or eliminate the use of aerobic treatment prior to treatment of the wastewater with the exhalation process.

혐기 소화 (anaerobic digestion, AD)는 에너지를 생산하는 그 능력 때문에 하수 슬러지 및 축산 분뇨를 함유하는 폐기물 또는 폐수의 처리 및 오염부하 안정화를 위해 오랜 기간 연구되어 왔다. 최근, 저강도 폐수 처리에 AD를 적용시키는 것이 관심을 모으고 있으며, 이는 에너지 가격 상승으로 호기 처리보다 큰 AD의 경제적 이점이 최근 더 뚜렷해졌기 때문이다. 그러나 미처리 폐수의 직접적인 AD에서 가장 어려운 문제는, 공급 스트립의 낮은 유기물 농도 (즉, 낮은 화학적 산소요구량) 및 생산된 바이오가스의 낮은 발열량 (즉, 낮은 메탄 함량)이다. 이에, AD를 통해 고효율로 고품질의 바이오가스를 생산하기 위해서는, 폐수의 사전-농축 및 AD에서 생산된 바이오가스 중 메탄 함량을 높이는 과정이 필요하다.Anaerobic digestion (AD) has been studied for a long time to treat waste and wastewater containing sewage sludge and livestock manure, and to stabilize contaminated loads due to its ability to produce energy. Recently, the application of AD to low-effluent wastewater treatment is of interest, as the economic benefits of large AD over aerobic treatment have become more apparent recently due to rising energy prices. However, the most difficult problem in the direct AD of raw wastewater is the low organic matter concentration of the feedstrip (i.e. low chemical oxygen demand) and the low calorific value of the produced biogas (i.e. low methane content). Therefore, in order to produce high-quality biogas with high efficiency through AD, it is necessary to pre-concentrate wastewater and increase methane content of biogas produced in AD.

바이오가스 중의 메탄 함량을 높이는 것은, 바이오가스에 존재하는 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 것으로 가능하다. 이산화탄소를 포집하고 메탄을 생산하는 생물학적 공정 기술인 국제공개특허 WO2009/155587 는, 메탄생성 미생물을 포함하는 바이오캐소드를 사용하여 이산화탄소를 메탄으로 전환하는, 메탄 생산을 위한 전기적 메탄생성 반응기 및 공정을 개시하고 있다. 상기 국제공개특허는 수소 및/또는 유기 탄소원 없이도 이산화탄소를 환원하여 메탄가스를 제조할 수 있는 기술을 개시하고 있으나, CO2의 CH4로의 전기화학적 변환은 열역학적으로 유리하지 않고 외부전압의 투입이 요구되므로, 메탄생성량을 극대화하기 위해서는 전기적 메탄생성 반응기에 공급되는 폐수의 유기물 함량 및 외부전압 크기를 높이거나 또는 저기질 (저함량의 유기물) 조건인 경우 오랜 시간 지속적으로 안정된 외부전력을 공급해 주어야 한다. 즉, 상기 국제공개특허에 개시된 기술은 외부전압에 의존함에 따라 메탄생성 효율 향상에 한계가 있다.
Increasing the methane content in the biogas can be achieved by converting the carbon dioxide present in the biogas into methane. International Patent Publication No. WO2009 / 155587, a biological process technology for capturing carbon dioxide and producing methane, discloses an electrical methanogenic reactor and process for methane production, which converts carbon dioxide to methane using a bio-cathode containing a methanogenic microorganism have. The International Patent Publication discloses a technique capable of producing methane gas by reducing carbon dioxide without using hydrogen and / or an organic carbon source. However, the electrochemical conversion of CO 2 into CH 4 is not thermodynamically favorable, Therefore, in order to maximize the methane production, it is necessary to supply the external electric power continuously and continuously for a long period of time in the case of increasing the organic matter content and the external voltage magnitude of the wastewater supplied to the electrical methane production reactor or the quality of the low- quality (low organic matter). That is, the technique disclosed in the above-mentioned international patent has a limitation in improving methane generation efficiency due to dependence on external voltage.

국제공개특허 WO2009/155587 (국제공개일: 2009년 12월 23일)International Publication No. WO2009 / 155587 (International Publication Date: December 23, 2009)

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 AD 과정 전후에 PRO (pressure-retarded osmosis, 압력지연삼투) 시스템 및 BES (bio-electrochemical system, 바이오전기화학 시스템)를 각각 결합함으로써, 폐수를 공급 용액으로 해수를 유도 용액으로 이용하는 PRO를 통한 전기발생 시 자발적으로 폐수가 사전-농축되게 하여 AD 과정에 공급하고, AD 과정에서 생성된 바이오가스를 전기메탄생성 셀 (elecromethanogenesis cell)에 공급한 후, PRO에서 발생된 전기로 바이오가스 중 이산화탄소를 메탄으로 전환해 고품질의 바이오가스를 고효율로 생산할 수 있는 환경친화적인 자립형 폐수처리 기술인, PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템을 제공하는 것이다.
Accordingly, it is an object of the present invention to combine PRO (pressure-retarded osmosis) and BES (bio-electrochemical system) before and after the AD process, When the electricity is generated through PRO using seawater as an inducing solution as a feed solution, the wastewater is voluntarily pre-concentrated and supplied to the AD process. The biogas produced in the AD process is supplied to an electrometanogenesis cell PRO, and BES, which are environmentally friendly self-supporting wastewater treatment technologies that can convert high-quality biogas into high-quality biogas by converting carbon dioxide into methane in electric furnace biogas generated from PRO.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 폐수 및 해수 간의 염도차를 이용하는 PRO 시스템, 혐기 소화조, 및 유기물 제거용 애노드 챔버 및 바이오가스 생성용 캐소드 챔버를 포함하는 BES를 포함하는, PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a PRO system including a PRO system using a salinity difference between wastewater and seawater, an anaerobic digestion tank, and an anode chamber for removing organic matter and a cathode chamber for generating biogas. And an anaerobic wastewater treatment system combining BES.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 PRO 시스템에서 폐수로부터 해수로 물이 이동함에 따라 농축된 폐수가 상기 혐기 소화조로 공급되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the water moves from the wastewater to the seawater in the PRO system, the concentrated wastewater may be supplied to the anaerobic digester.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 PRO 시스템에서 폐수로부터 해수로의 물 흐름에 따라 발생된 전기가 BES를 추진시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, electricity generated in accordance with the water flow from wastewater to seawater in the PRO system may be to propel the BES.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 혐기 소화조는 혐기성 미생물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the anaerobic digester may comprise an anaerobic microorganism.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 혐기 소화조로부터 배출된 방출수가 상기 BES의 애노드 챔버로 공급되고 상기 혐기 소화조에서 생성된 바이오가스가 상기 BES의 캐소드 챔버로 공급되고 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the release water discharged from the anaerobic digestion tank may be supplied to the anode chamber of the BES and the biogas produced by the anaerobic digestion tank may be supplied to the cathode chamber of the BES.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 BES는 EMC (electromethanogenesis cell, 전기-메탄생성 셀)인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the BES may be an electromethanogenesis cell (electro-methane generating cell).

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 ENC의 캐소드는 표면에 전기활성 혐기성 미생물이 코팅되어 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cathode of the ENC may be coated with an electroactive anaerobic microorganism on its surface.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전기활성 혐기성 미생물이 메탄생성균인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electroactive anaerobic microorganism may be a methanogenic microorganism.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 BES에서 생성된 바이오가스는 회수되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the biogas produced in the BES may be recovered.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 바이오가스는 총 부피에 대하여 약 85 부피% 이상의 메탄을 포함하는 것일 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the biogas may comprise at least about 85% by volume of methane relative to the total volume.

본 발명에 의하면, 폐수로부터 파이프라인 천연가스 수준의 고품질 바이오가스를 발생시킬 수 있어, 폐수처리에 따른 에너지 회수율을 극대화시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to generate high-quality biogas of pipeline natural gas level from wastewater, thereby maximizing the energy recovery rate due to wastewater treatment.

특히, 본 발명의 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템은, 집약적인 자립형 폐수처리 기술로, PRO, AD, 및 BES (특히, EMC)를 결합함으로써, 자연스럽게 폐수를 사전-농축하여 고농도 유기성 폐수를 얻을 수 있고, 폐수처리 과정에서 발생하는 바이오가스 중 에너지원인 메탄의 함량을 증대시키고, 환경 문제를 일으키는 이산화탄소를 제거할 수 있어 에너지 효율이 높은 환경친화적 기술이다. 아울러, 본 발명의 일 구현예에 따른 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템은, AD 및 BES 과정에서 필요한 농축 폐수 및/또는 전력을 PRO로부터 공급받음으로써, 에너지-중립 또는 순-에너지 생산 시스템의 구현 효과를 기대할 수 있다.
In particular, the PRO and BES-combined anaerobic wastewater treatment systems of the present invention combine PRO, AD, and BES (particularly EMC) with intensive, self-sustained wastewater treatment technology to naturally pre- It is an energy-efficient, environmentally friendly technology that can increase the content of methane in the biogas generated in wastewater treatment process and remove the carbon dioxide that causes environmental problems. In addition, the anaerobic wastewater treatment system combined with PRO and BES according to an embodiment of the present invention can be used in an energy-neutral or net-energy production system by receiving concentrated wastewater and / The implementation effect can be expected.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an anaerobic wastewater treatment system combining PRO and BES according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.It is to be understood that the terms or words used in the specification and claims are not to be construed in a conventional or dictionary sense and that the inventor may properly define the concept of a term in order to best describe its invention And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the specification of the present invention, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well as other components, .

본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.In the specification of the present invention, "A and / or B" means A or B, or A and B.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention has been specifically described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an anaerobic wastewater treatment system combining PRO and BES according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템은, PRO 시스템, 혐기 소화조, 및 BES를 포함한다.Referring to FIG. 1, an anaerobic wastewater treatment system combining PRO and BES according to an embodiment of the present invention includes a PRO system, anaerobic digestion tank, and BES.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 PRO 시스템은, 폐수를 공급 용액 (feed solution)으로 이용하고 해수를 유도 용액 (draw solution)으로 이용하여, 압력지연삼투막 모듈과 전기발생용 터빈을 통해 전력을 생산한다. 상기 PRO 시스템에서 물은 투과되지만 용질은 투과되지 않는 반투과막을 사이에 두고, 공급 용액과 유도 용액을 분리함에 있어, 폐수를 공급 용액으로, 해수를 유도 용액으로 사용할 경우, 폐수 및 해수 간 염도차로 인하여 상기 폐수 중 물이 상기 반투과막을 통해 상기 해수로 이동하게 되며, 이때 해수에 가해진 압력이 상기 전기발생용 터빈을 돌려 전기가 발생하게 된다.In one embodiment of the present invention, the PRO system utilizes wastewater as a feed solution and seawater as a draw solution to generate power through the pressure-delayed osmosis membrane module and the electricity generating turbine, . In the case of using the wastewater as the feed solution and the seawater as the induction solution in separating the feed solution and the induction solution with the semi-permeable membrane which is permeable to water but not the solute through the PRO system, The water in the wastewater is moved to the seawater through the semi-permeable membrane. At this time, the pressure applied to the seawater causes the electricity generating turbine to rotate to generate electricity.

PRO 시스템은 삼투압-중심의 막 공정이다. 물 투과는 가능 (water-permeable)하지만 용질의 투과는 제한되는 치밀막 (반투과막)에 의해 상이한 삼투압 (Π)을 갖는 용액이 분리될 때, 유도 용액 및 공급 용액 간의 염농도 차이에 의해 그 사이에 생성되는 삼투압을 따라서 낮은 Π 용액 (공급 용액)으로부터 높은 Π의 용액 (유도 용액)으로 물이 자발적으로 흐르게 된다. 전형적인 해수는 약 2.5 MPa의 삼투압을 갖는 반면, 전형적인 폐수 (예를 들어, 생활폐수)의 삼투압은 약 0.05 내지 0.1 MPa에 불과하다. 이로 인해, 낮은 Π의 폐수가 자연발생적으로 이용이 가능한 해수를 유도 용액으로 사용하는 PRO '삼투 펌프 작용'을 통해 효과적으로 농축될 수 있다. 이때, 인위적인 압력을 가할 필요는 없다. 한편, 해수는 물 이동으로 높아진 수위로 인해 대기압보다 높은 압력을 갖게 되고, 이 압력으로 전기발생용 터빈을 돌릴 수 있다. 본질적으로, 상기 PRO 시스템은 유도 용액과 공급 용액 간의 화학적 포텐셜 에너지 (즉, 삼투 에너지)를 기계적 에너지 (추후 전기발생용 터빈을 돌리기 위해 사용될 수 있는 물의 압력)로 전환시킨다. PRO 전력 밀도는 ηPJ v 로 제공되며, 여기서, η은 터빈 효율 인자이고, P는 해수의 압력 (운행 중 설정할 수 있음)이고, J v 는 PRO 반투과막을 통한 투과 플럭스 (permeate flux)이다.The PRO system is an osmotic-centric membrane process. When the solution with different osmotic pressure ( Π ) is separated by a dense membrane (semi-permeable membrane) in which water permeability is water-permeable but solute permeation is limited, the salt concentration difference between the inductive solution and the feed solution Therefore, the osmotic pressure is generated in the low-Π The water spontaneously flows from the solution (feed solution) to the high Π solution (induction solution). Typical seawater has an osmotic pressure of about 2.5 MPa, while the osmotic pressure of typical wastewater (e.g., domestic wastewater) is only about 0.05 to 0.1 MPa. Due to this, low Π wastewater can be effectively enriched through the PRO 'osmotic pump action' using spontaneously available seawater as an inducing solution. At this time, there is no need to apply artificial pressure. On the other hand, seawater has a higher pressure than atmospheric pressure due to the elevated water level due to water movement, and this pressure can turn the electricity generating turbine. Essentially, the PRO system converts the chemical potential energy (i.e., osmotic energy) between the inductive solution and the feed solution into mechanical energy (the pressure of water that can later be used to turn the turbine for generating electricity). PRO power density is given by? P J v , where? Is the turbine efficiency factor, P is the seawater pressure (which can be set during operation), and J v is the permeate flux through the PRO transflective membrane.

전술한 바와 같이, PRO 시스템은 공급 용액을 농축시키는 능력 및 전력 생산 능력을 갖는다. 본 발명에서와 같이 공급 용액으로서 폐수를 사용할 경우, 충분한 물 이동에 따라 전기가 발생되면, 폐수는 상당량의 물을 잃고 농축된 상태로 남는다. 이때, 농축된 폐수의 농도는 미처리 농도에 비해 약 5배 내지 약 20배, 또는 약 10배 내지 약 15배, 또는 약 10배 증대될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.As described above, the PRO system has the ability to concentrate the feed solution and the power production capability. When wastewater is used as the feed solution as in the present invention, when electricity is generated due to sufficient water movement, the wastewater loses a considerable amount of water and remains in a concentrated state. At this time, the concentration of the concentrated wastewater can be increased about 5 times to about 20 times, or about 10 times to about 15 times, or about 10 times that of the untreated concentration, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 해수는 바닷물 일 수 있고, 또는 합성 해수, 즉, 염수일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the seawater may be seawater, or may be synthetic seawater, i.e., saline.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 폐수는 식품가공 폐기물, 유가공 폐기물, 하수 슬러리, 가축 배설물, 탄수화물가공 폐기물, 어류가공 폐기물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 생활폐수일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the wastewater may be a domestic wastewater containing at least one selected from the group consisting of food processing wastes, milk wastes, sewage slurry, domestic animal excrement, carbohydrate processing wastes, and fish processing wastes.

일반적으로, 폐수는 아무런 처리가 되지 않은 상태에서 COD가 약 300 mg/L 내지 약 800 mg/L, 평균적으로 431 ± 8 mg/L로, 유기물 함량이 낮은 저농도 유기성 폐수로 볼 수 있다. 이러한 저농도 유기성 폐수는 물 함량이 높아 부피가 크기 때문에, 호기 처리보다 훨씬 적은 에너지가 소비되는 혐기 처리를 이용하여 정화한다 하더라도 혐기성 미생물의 활동 온도에 맞춰 부피가 큰 저농도 유기성 폐수를 가열할 경우 에너지 효율이 떨어지므로, 사전-농축을 통해 고농도 유기성 폐수를 생산하는 것이 에너지 측면에서 유리하다.In general, wastewater can be regarded as a low-concentration organic wastewater with a low organic content, with a COD of about 300 mg / L to about 800 mg / L and an average of 431 ± 8 mg / L without any treatment. Since such low-concentration organic wastewater is high in volume and large in volume, it is possible to reduce the energy efficiency of the low-concentration organic wastewater, which is high in volume, in accordance with the operation temperature of the anaerobic microorganism, even if the wastewater is purified using anaerobic treatment, , It is advantageous from the viewpoint of energy to produce high concentration organic wastewater through pre-concentration.

본 발명에서는, 유도 용액으로서 해수를 이용하는 PRO를 통해 전기 발생시 자연적으로 폐수의 사전-농축이 수행될 수 있다. 후속되는 AD 처리의 최적화를 위해, PRO 반투과막에서의 막 파울링 및 농도 분극 (concentration polarization, CP)을 방지하여, PRO 전력 밀도의 출력 향상 및 사전-농축 효율의 개선이 중요하다.In the present invention, pre-concentration of wastewater can be performed naturally when electricity is generated via PRO using seawater as an inductive solution. It is important to improve the output of the PRO power density and improve the pre-concentration efficiency by preventing film fouling and concentration polarization (CP) in the PRO transflective film for subsequent optimization of the AD processing.

상기 PRO 전력 밀도를 제한하는 요인에는, (1) 동유체력 (hydrodynamic force) 및 오염물-오열물간/오염물-막간의 상호작용의 역할, (2) PRO에서의 역용질 확산 (reverse solute diffusion), 및 (3) 공급 용액 중 역-확산된 용질과 오염물 사이의 상호작용 및 PRO 파울링에 대한 그의 효과와 같은 PRO 파울링이 있다. Factors limiting the PRO power density include (1) the role of the interaction between the hydrodynamic force and the contaminant-odorous / contaminant-membrane interactions, (2) reverse solute diffusion in PRO, and (3) PRO fouling, such as the interaction between back-diffusing solute and contaminant in the feed solution and its effect on PRO fouling.

이와 같은 PRO 반투과막에서의 막 파울링 및 농도 분극의 최소화를 위하여, 본 발명에서는 다공성 지지체가 내부에 충진된 이중스킨 삼투막을 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In order to minimize film fouling and concentration polarization in the PRO transflective film, a double skin osmotic membrane filled with a porous support may be used in the present invention, but the present invention is not limited thereto.

상기 다공성 지지체는 다공성 고분자 기반의 섬유일 수 있다. 상기 다공성 고분자는 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리비닐아덴플로라이드, 또는 이들의 코폴리머일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. The porous support may be a porous polymer-based fiber. The porous polymer may be, but is not limited to, polyester, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polypropylene, polyvinyladene fluoride, or copolymers thereof.

또한, 상기 다공성 지지체는 알루미나, 실리카, 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.In addition, the porous support may further include alumina, silica, or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 막 파울링 및 농도 분극의 제어를 위한 상기 반투과막의 사용으로 인해 막 면적당 약 2 W/m2 이상, 예를 들어, 약 3 W/m2 이상 또는 약 5 W/m2 이상 또는 약 5 W/m2 내지 약 20 W/m2 또는 약 5 W/m2 내지 약 10 W/m2의 현저히 향상된 PRO 전력 밀도를 구현할 수 있다 (참고로, 현재까지 실현된 PRO 전력 밀도의 최대값은 약 1 W/m2 임). 상기 PRO 시스템은, 최적화를 위해, 컴퓨터를 이용한 유체동역학 모델(computational fluid dynamics, CFD)이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the use of the semi-permeable membrane for controlling film fouling and concentration polarization results in at least about 2 W / m 2 per membrane area, for example, at least about 3 W / m 2, may implement a significantly enhanced PRO power density in W / m 2 or at least about 5 W / m 2 to about 20 W / m 2 or from about 5 W / m 2 to about 10 W / m 2 (as a reference, the realization to date The maximum value of the PRO power density is about 1 W / m < 2 >). The PRO system may be, but is not limited to, a computer-based fluid dynamics (CFD) model for optimization.

상기 PRO 시스템을 통해 발생된 전기는 본 발명의 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템에서 사용될 수 있으며, 특히, BES인 EMC를 추진시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 PRO 시스템을 통해 발생된 전기 중 일부는 본 발명의 구성 중에 사용되고 나머지는 저장될 수 있다.
Electricity generated through the PRO system can be used in an anaerobic wastewater treatment system combining PRO and BES of the present invention, and in particular, can be used to propel EMC, a BES. Some of the electricity generated through the PRO system may be used during construction of the present invention and the remainder may be stored.

본 발명의 일 구현예에 있어서, AD 과정은, 고농도 유기성 폐수 중 유기물을 제거하고 바이오가스를 생산하는 과정으로, 상기 PRO 시스템에서 농축된 폐수가 AD를 위한 혐기 소화조로 공급된다. 이때, 상기 고농도 유기성 폐수는 앞선 PRO 시스템을 통해 농축된 폐수를 의미한다.In one embodiment of the present invention, the AD process is a process of removing organic matter from the high concentration organic wastewater and producing biogas, and the wastewater concentrated in the PRO system is supplied to the anaerobic digester for AD. At this time, the high concentration organic wastewater means wastewater concentrated through the above PRO system.

상기 혐기 소화조는 혐기성 미생물을 포함할 수 있다. 상기 혐기 소화조에서는 혐기성 미생물의 활성에 의해 가수분해, 산발효, 초산염 형성 및 메탄생성이 복합적으로 수행된다. 상기 혐기 소화조에서 이용되는 혐기성 미생물은 발효성 박테리아일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.The anaerobic digester may comprise an anaerobic microorganism. In the anaerobic digestion tank, hydrolysis, acid fermentation, nitrate formation and methane production are carried out by the action of the anaerobic microorganism. The anaerobic microorganisms used in the anaerobic digestion tank may be, but not limited to, fermentative bacteria.

혐기 소화조의 성능은 미생물 군집에서의 작은 변화에 크게 영향을 받으며, 반대로 소화조의 성능에 변화가 생기면 혐기 소화조에 포함된 혐기성 미생물의 군집에 변화를 가져올 수 있다.The performance of an anaerobic digester is greatly influenced by small changes in the microbial community. Conversely, if the performance of a digester is changed, the anaerobic microbial population included in the anaerobic digester may be changed.

상기 혐기 소화조는 그 내부 온도를 측정하고 제어하기 위한 온도조절기를 구비할 수 있으며, 그 내부 온도가 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도 (중온성) 및 약 50℃ 내지 약 60℃의 온도 (호열성)로 조절될 수 있다. 상기 두 온도 조건은 순차적으로 진행될 수 있으며, 가열하여 약 50℃ 내지 약 60℃의 고온을 우선 유지하고, 그 폐열로 그보다 낮은 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도로 유지되는 것일 수 있고, 또는 약 30℃ 내지 약 40℃의 저온을 유지한 후 가열하여 약 50℃ 내지 약 60℃의 고온을 우선 유지하는 것일 수 있다. 이러한 온도 조절은 일정 시간을 두고 반복적으로 교대 실시될 수 있으며, 혐기 소화조 내 미생물의 적합한 활동 온도에 맞추기 위한 것이다. 순서와 관계없이, 약 30℃ 내지 약 40℃에서는 이 영역의 온도에서 활성을 갖는 중온성 미생물에 의해 유기물 제거가 진행되고, 약 50℃ 내지 약 60℃에서는 이 영역의 온도에서 활성을 갖는 호열성 미생물에 의해 유기물 제거가 진행된다.The anaerobic digester may comprise a temperature controller for measuring and controlling the internal temperature of the anaerobic digester, the internal temperature of the anaerobic digester being selected from the group consisting of a temperature between about 30 ° C and about 40 ° C (mesophilic) and a temperature between about 50 ° C and about 60 ° C Thermal stability). The two temperature conditions may be sequential and may be maintained at a high temperature of about 50 ° C to about 60 ° C by heating and maintained at a temperature of about 30 ° C to about 40 ° C lower than the waste heat, To maintain a low temperature of 30 占 폚 to about 40 占 폚, and then to maintain the high temperature of about 50 占 폚 to about 60 占 폚 for the first time. This temperature regulation can be repeated alternately over a period of time and is intended to match the appropriate operating temperature of the microorganism in the anaerobic digester. Regardless of the sequence, organic matter removal proceeds by mesophilic microorganisms having activity at temperatures in this region at about 30 ° C to about 40 ° C, and at about 50 ° C to about 60 ° C, Organic matter removal proceeds by microorganisms.

또는, 상기 혐기 소화조는 직렬적으로 연결된 복수개의 혐기 소화조일 수 있다. 이때, 앞선 하나의 혐기 소화조는 약 50℃ 내지 약 60℃의 온도로 유지하고, 이어진 다른 혐기 소화조는 약 30℃ 내지 약 40℃의 온도로 유지되도록 할 수 있다.Alternatively, the anaerobic digester may be a plurality of serially connected anaerobic digesters. At this time, the preceding one anaerobic digester may be maintained at a temperature of about 50 캜 to about 60 캜, and the other anaerobic digester may be maintained at a temperature of about 30 캜 to about 40 캜.

상기 AD 과정에서 생성된 바이오가스는 메탄, 이산화탄소, 황화수소, 및 암모니아를 포함하고 있으며, 바이오가스의 총 부피에 대하여 메탄의 함량은 약 55 부피% 내지 약 80 부피%이고, 이산화탄소의 함량은 약 20 부피% 내지 약 45 부피%이며, 나머지 기체의 함량은 미량이다. 그러나, 대체 에너지로 여겨지고 있는 바이오가스는 메탄 함량이 평균적으로 약 60%에 불과하여, 상기 AD 과정에서 생성된 바이오가스의 발열량은 메탄이 95 부피% 이상 함유되어 있는 파이프라인 천연가스 (pipeline natural gas)의 발열량의 60% 수준인 23 MJ/m3에 그치는 한계점을 가진다. 이에, 일반적으로 AD 과정에서 생성된 바이오가스는 품질이 떨어져 대체 에너지로서의 가치가 낮다. 따라서, 후속되는 BES, 특히 EMC를 통해 상기 바이오가스의 품질을 개선하는 것이 중요하다.
The biogas produced in the AD process includes methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and ammonia. The methane content is about 55 vol% to about 80 vol% with respect to the total volume of the biogas, the carbon dioxide content is about 20 Vol.% To about 45 vol.%, And the remaining gas content is trace. However, biogas, which is considered as an alternative energy, has an average methane content of only about 60%, and the calorific value of the biogas produced in the AD process is higher than 95% by volume of pipeline natural gas ), Which is about 60% of the calorific value of 23 MJ / m 3 . Generally, the biogas produced in the AD process is low in quality and low in value as an alternative energy. Therefore, it is important to improve the quality of the biogas through subsequent BES, particularly EMC.

본 발명의 일 구현예에 있어서, BES는, 전기활성 메탄생성균의 도움에 의해 전류 및 CO2를 CH4로 직접 전환하는 전기-메탄생성 셀 (EMC)에 의해 수행된다. 상기 EMC는 캐소드 표면이 전기활성 메탄생성균으로 코팅된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the BES is carried out by an electro-methanogenic cell (EMC) which converts the current and CO 2 directly to CH 4 with the aid of an electroactive methanogenic bacterium. The EMC may include, but is not limited to, a cathode surface coated with electroactive methanogenic bacteria.

앞선 PRO 시스템에서 폐수로부터 해수로의 물 흐름에 따라 발생된 전기가 EMC를 추진시키며, 상기 혐기 소화조로부터 배출된 방출수가 상기 BES, 예를 들어, EMC의 애노드 챔버로 공급되고 상기 혐기 소화조에서 생성된 바이오가스가 상기 BES, 예를 들어, EMC의 캐소드 챔버로 공급된다.In the preceding PRO system, electricity generated by the water flow from the wastewater to seawater drives the EMC, and the effluent discharged from the anaerobic digester is supplied to the anode chamber of the BES, for example, the EMC, Biogas is supplied to the cathode chamber of the BES, for example, EMC.

상기 애노드 챔버 내부는 상기 혐기 소화조로부터 배출된 방출수인 생분해성 유기물로 채워지는 반면, 상기 캐소드 챔버의 내부는 순수한 물, 전해질 수용액, 또는 산소원을 배제한 최소영양 미생물 배양액으로 채워질 수 있다.The inside of the anode chamber is filled with biodegradable organic matter, which is discharged water from the anaerobic digestion tank, while the inside of the cathode chamber may be filled with a minimal nutrient microorganism liquid excluding pure water, an electrolyte aqueous solution, or an oxygen source.

상기 혐기 소화조로부터 배출되고 애노드 챔버로 공급된 생분해성 유기물은 유기활성 박테리아에 의해 CO2, H+ 및 전자로 전환된다. 상기 전자는 챔버 외부에서 애노드와 캐소드를 연결하는 전기회로를 통해 캐소드로 흐르는 반면, 양이온 (H+)은 물리적으로 두 챔버를 분리하는 양이온교환막을 통해 캐소드 챔버로 이동한다. 캐소드에서, 무산소 조건에서 전자 및 양이온은 CO2와 반응하여 CH4를 생성한다. 상기 캐소드 챔버에서는, 캐소드 표면에 코팅된 전기활성 메탄생성균의 도움으로 바이오가스 중 이산화탄소가 메탄으로 전환되며, 메탄 생성 반응의 화학식은 다음과 같다:The biodegradable organic substances discharged from the anaerobic digestion tank and supplied to the anode chamber are converted into CO 2 , H + and electrons by the organic active bacteria. The electrons flow to the cathode through an electric circuit connecting the anode and the cathode outside the chamber, while the cation (H + ) physically moves to the cathode chamber through the cation exchange membrane separating the two chambers. At the cathode, under anaerobic conditions, electrons and cations react with CO 2 to produce CH 4 . In the cathode chamber, the carbon dioxide in the biogas is converted into methane with the aid of an electroactive methanogenic bacterium coated on the surface of the cathode, and the chemical formula of the methanation reaction is as follows:

CO2 + 8H+ + 8e- → CH4 + 2H2O.CO 2 + 8H + + 8e - ? CH 4 + 2H 2 O.

상기 화학식에 나타난 바와 같이, CO2에서 CH4로의 직접 변환을 통해 바이오가스 품질이 개선될 뿐만 아니라, 메탄 함량의 증가도 동반된다. As shown in the above formula, the direct conversion of CO 2 to CH 4 not only improves the biogas quality, but also increases the methane content.

이와 같은 메탄 생성 (이산화탄소의 환원) 반응의 핵심은, 전자를 직접 캡쳐하고 사용하여 CO2를 CH4로 환원시킬 수 있는 특이 메탄생성균으로 코팅된 "바이오캐소드"이다. 상기 반응의 촉매는 미생물이며, 본 발명에 있어 미생물이 코팅되는 캐소드로는 플래티넘과 같은 귀금속이 사용될 필요가 없다. 안정한 음극성 (cathodic)의 바이오필름이 개발되면, 그의 바이오캐소드로서의 용도에 기인하여 EMC는 최소 유지비로, 특히 1V의 전압만으로 작동할 수 있어 매력적이다. 이는 바이오가스 품질 향상뿐만 아니라, CH4 생산 증대를 의미하며, 종래 물리화학적 바이오가스 정제 방법과는 크게 다르다. 참고로, 물리화학적 수단을 이용하여 CO2를 포함하는 오염물/불순물을 제거하여 바이오가스를 정제하고 천연가스 품질 수준으로 바이오가스의 품질을 개선할 수 있으나, 물리화학적 공정은 이차 오염 및 처리 문제를 발생시키기 쉽다. 더 중요한 것은, 물리화학적 후-정제 공정은 최종 생산된 단위 바이오가스 중 CH4 함량을 증가시킬 수는 있지만 생산된 CH4의 전체 양 증가는 아니며, 정제 단계의 유무에 따른 전체 에너지 회수율에는 차이가 없다.At the heart of this methane generation (carbon dioxide reduction) reaction is a "bio-cathode" coated with a specific methanogenic bacterium capable of directly capturing and using electrons to reduce CO 2 to CH 4 . The catalyst of the reaction is a microorganism. In the present invention, it is not necessary to use a noble metal such as platinum as a cathode coated with microorganisms. When a stable cathodic biofilm is developed, due to its use as a bio-cathode, EMC is attractive because it can operate with a minimum maintenance ratio, especially at a voltage of 1V. This means not only an improvement in the biogas quality but also an increase in the production of CH 4 , which is significantly different from the conventional physico-chemical biogas purification method. For reference, physico-chemical means can be used to purify biogas by removing contaminants / impurities including CO 2 and improve the quality of biogas to the level of natural gas quality. However, It is easy to generate. More importantly, the physico-chemical post-purification process can increase the CH 4 content in the final produced unit biogas, but not the total amount of CH 4 produced, and the difference in total energy recovery with or without purification steps none.

상기 캐소드는 그라파이트 펠트, 그라파이트 막대, 탄소 섬유, 및 탄소 막대로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.The cathode may be one selected from the group consisting of graphite felts, graphite rods, carbon fibers, and carbon rods.

본 발명에서 이용되는 바이오캐소드는 EMC의 독특한 특징이며, 미생물 활성에 의해 수소를 생성하는, 미생물 연료전지 (microbial fuel cell, MFC) 또는 미생물 전기분해 전지 (microbial electrolysis cell, MEC)와는 공유되지 않는다.The bio-cathode used in the present invention is a unique feature of EMC and is not shared with a microbial fuel cell (MFC) or a microbial electrolysis cell (MEC) that generates hydrogen by microbial activity.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 BES에서 생성된 바이오가스는 회수되어 에너지로써 활용될 수 있다. 상기 바이오가스는 총 부피에 대하여 약 85 부피% 이상, 예를 들어, 약 85 부피% 내지 약 99 부피%의 메탄을 함유함으로써 품질이 개선된 것일 수 있다. 이때, EMC를 통해 품질이 개선된 바이오가스는 파이프라인 천연가스 수준 (95 부피% 이상의 CH4 함유: 36-40 MJ/m3의 발열량)의 고품질을 달성할 수 있다. 상기 바이오가스는 총 부피에 대하여 메탄 함량이 약 85 부피% 이상, 약 90 부피% 이상, 또는 약 95 부피% 이상일 수 있으며, 약 85 부피% 내지 약 99 부피%, 약 85 부피% 내지 약 95 부피%, 약 85 부피% 내지 약 90 부피%, 약 90 부피% 내지 약 99 부피%, 약 95 부피% 내지 약 99 부피%, 또는 약 90 부피% 내지 약 95 부피%인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the biogas produced in the BES may be recovered and utilized as energy. The biogas may be of improved quality by containing at least about 85% by volume, such as from about 85% by volume to about 99% by volume of methane, based on the total volume. At this time, the bio-gas quality is improved with the EMC, pipeline natural gas levels: it is possible to achieve a high quality (95 vol.% Or more CH 4 containing the heating value of 36-40 MJ / m 3). The biogas may have a methane content of at least about 85 vol%, at least about 90 vol%, or at least about 95 vol%, based on the total volume, and may range from about 85 vol% to about 99 vol%, about 85 vol% , From about 85 vol% to about 90 vol%, from about 90 vol% to about 99 vol%, from about 95 vol% to about 99 vol%, or from about 90 vol% to about 95 vol% .

본 발명의 일 구현예에 따르면, 유기성 폐수로부터 바이오가스를 생산하는 과정에서 AD 및 BES (특히, EMC)를 결합하여, 바이오가스 중 에너지원인 메탄 함량을 향상시킬 수 있고, 환경 문제를 일으키는 이산화탄소를 제거할 수 있다. 이에 따라 바이오가스의 품질을 개선하여 파이프라인 천연가스 수준 (95 부피% 이상의 CH4 함유: 36-40 MJ/m3의 발열량)의 고품질을 달성할 수 있어, 유기성 폐수의 처리에 따른 에너지 회수율을 극대화시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to combine AD and BES (particularly, EMC) in the process of producing biogas from organic wastewater to improve the methane content of the energy gas in the biogas, Can be removed. As a result, it is possible to improve the quality of the biogas to achieve the high quality of the pipeline natural gas level (with a CH 4 content of more than 95% by volume: 36-40 MJ / m 3 ), and the energy recovery rate Can be maximized.

또한, AD 및 BES 과정에서 필요한 농축 폐수 및/또는 전력을, PRO로부터 자연스럽게 공급받음으로써, 에너지-중립 또는 순-에너지 생산 시스템의 구현 효과를 기대할 수 있다.In addition, the effect of the energy-neutral or net-energy production system can be expected by naturally supplying the concentrated wastewater and / or electric power required in the AD and BES processes from the PRO.

따라서, 본 발명에 따른 PRO 및 BES를 결합한 혐기성 폐수처리 시스템은 환경오염 및 에너지 위기 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, the anaerobic wastewater treatment system combining PRO and BES according to the present invention is expected to solve environmental pollution and energy crisis problems.

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

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

Claims (10)

폐수 및 해수 간의 염도차를 이용하는 압력지연삼투 (pressure retarded osmosis) 시스템;
혐기 소화조; 및
유기물 제거용 애노드 챔버 및 바이오가스 생성용 캐소드 챔버를 포함하는 바이오전기화학 시스템을 포함하고,
상기 압력지연삼투 시스템에서, 폐수로부터 해수로 물이 이동함에 따라 농축된 폐수가 상기 혐기 소화조로 공급되는 것인,
압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
A pressure retarded osmosis system utilizing the salinity difference between wastewater and seawater;
Anaerobic digester; And
An anode chamber for removing organic matter, and a cathode chamber for generating biogas,
In the pressure delay osmosis system, concentrated wastewater is supplied to the anaerobic digester as the water moves from the wastewater to the seawater.
An anaerobic wastewater treatment system combining pressure-delayed osmosis and bio-electrochemical systems.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 압력지연삼투 시스템에서 폐수로부터 해수로의 물 흐름에 따라 발생된 전기가 바이오전기화학 시스템을 추진시키는 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the electricity generated in accordance with the water flow from the wastewater to the seawater in the pressure delay osmosis system propels the bio-electrochemical system.
제 1 항에 있어서,
상기 혐기 소화조는 혐기성 미생물을 포함하는 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the anaerobic digester comprises an anaerobic microorganism. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 혐기 소화조로부터 배출된 방출수가 상기 바이오전기화학 시스템의 애노드 챔버로 공급되고 상기 혐기 소화조에서 생성된 바이오가스가 상기 바이오전기화학 시스템의 캐소드 챔버로 공급되고 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the discharged water discharged from the anaerobic digestion tank is supplied to the anode chamber of the bioelectrochemical system and the biogas produced in the anaerobic digestion tank is supplied to the cathode chamber of the bioelectrochemical system. To the anaerobic wastewater treatment system.
제 1 항에 있어서,
상기 바이오전기화학 시스템은 전기-메탄생성 셀 (electromethanogenesis cell)인 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the bio-electrochemical system is an electromethanogenesis cell. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 6 항에 있어서,
상기 전기-메탄생성 셀의 캐소드는 표면에 전기활성 혐기성 미생물이 코팅되어 있는 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the cathode of the electro-methane generating cell is coated with an electro-active anaerobic microorganism on its surface.
제 7 항에 있어서,
상기 전기활성 혐기성 미생물이 메탄생성균인 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
8. The method of claim 7,
Wherein the electroactive anaerobic microorganism is a methanogenic microorganism, wherein the anaerobic wastewater treatment system incorporates a pressure delay osmosis and bio electrochemical system.
제 1 항에 있어서,
상기 바이오전기화학 시스템에서 생성된 바이오가스는 회수되는 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the biogas produced in the bio-electrochemical system is recovered. ≪ Desc / Clms Page number 24 > 21. An anaerobic wastewater treatment system incorporating a pressure delay osmosis and bio-electrochemical system.
제 9 항에 있어서,
상기 바이오가스는 총 부피에 대하여 90 부피% 이상의 메탄을 포함하는 것인, 압력지연삼투 및 바이오전기화학 시스템을 결합한 혐기성 폐수 처리 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the biogas comprises at least 90 vol.% Methane, based on the total volume, of an anaerobic wastewater treatment system incorporating a pressure delay osmosis and bio electrochemical system.
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