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다양한 형태의 미생물연료전지를 이용하여 하·폐수처리와 동시에 전기에너지를 회수할 수 있었다. 본 논문에서는 미생물연료전지의 성능에 영향을 주는 인자들을 평가하여 미생물연료전지를 현장에 적용하기 위한 기초연구의 결과들을 정리하였다. 그 결과 아래와 같은 내용들을 확인할 수 있었다.
1. 미생물연료전지 내부에서 혼합이 제한되면 성능의 제한을 가져온다. 그렇기 때문에 반응기를 설계할 때, 내부의 수리학적인 흐름을 충분히 고려해 주어야 한다.
2. Nitrate MFC를 이용하여 유기물뿐만 아니라 질산염의 제거 가능성을 확인하였다. 관련 문헌을 살펴본 결과, 낮은 외부저항을 이용한다면 질산염의 제거효율을 충분히 높일 수 있을 것으로 판단되었다.
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다양한 형태의 미생물연료전지를 이용하여 하·폐수처리와 동시에 전기에너지를 회수할 수 있었다. 본 논문에서는 미생물연료전지의 성능에 영향을 주는 인자들을 평가하여 미생물연료전지를 현장에 적용하기 위한 기초연구의 결과들을 정리하였다. 그 결과 아래와 같은 내용들을 확인할 수 있었다.
1. 미생물연료전지 내부에서 혼합이 제한되면 성능의 제한을 가져온다. 그렇기 때문에 반응기를 설계할 때, 내부의 수리학적인 흐름을 충분히 고려해 주어야 한다.
2. Nitrate MFC를 이용하여 유기물뿐만 아니라 질산염의 제거 가능성을 확인하였다. 관련 문헌을 살펴본 결과, 낮은 외부저항을 이용한다면 질산염의 제거효율을 충분히 높일 수 있을 것으로 판단되었다.
3. 멤브레인이 없는 MLMFC를 설계하고 운전한 결과, 이전의 연구결과와 비교했을 때 생산된 전기에너지 측면에서 상당한 개선을 할 수 있었다. 또한 반응기 성능을 최적화 한다면 생산되는 전기에너지의 값은 더 커질 수 있을 것이다.
4. 대기 중의 산소를 환원반응에 이용하는 Air bio-cathode MFC를 운전하여 별도의 공기 공급 없이 전기에너지를 생산할 수 있었다. 특히 산화전극부의 유출수를 환원전극부의 유입수로 사용하여 환원전극부에서 부가적인 유기물 제거를 할 수 있어 전체적인 제거효율이 매우 높게 나타났다. 이후에는 환원전극부로 유입되는 유입수의 유기물 농도를 적절히 조절하여 성능을 개선할 수 있을 것으로 생각된다.
이상에서 요약한 바와 같이 현장 적용을 위한 새로운 미생물연료전지의 설계를 위한 기초연구를 수행하였다. 서두에서 밝힌 것처럼 미생물연료전지를 현장에 적용하기 위해서는 일정 수준 이상의 전기에너지 생산과 더불어 오염물질 제거를 위한 환원전극부에서의 성능 개선이 반드시 필요하다. Nitrate MFC 운전을 통하여 최대 35.5 W/m3의 전기에너지를 회수할 수 있었으며, Air bio-cathode MFC 운전을 통하여 95.8%의 매우 높은 SCOD 제거효율을 얻을 수 있었다. 하지만 bio-cathode로의 환원전극부의 성능은 충분히 만족스럽지 못했으며 많은 부분에서의 개선이 필요한 것으로 나타났다. 이후의 연구에서는 환원전극부의 성능을 개선을 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이를 위해서 환원전극부에서의 전자전달 메커니즘이나 특정 오염물질 제거를 위한 미생물의 농화배양 등과 같은 부분에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Microbial Fuel Cells are a leading edge wastewater treatment device to oxidize organic and inorganic matter and generate electricity. To remove organic matter and nitrate, Nitrate MFC has been applied in a two-chamber microbial fuel cell. The maximum power density reached 35.5 W/m3 and total SCOD re...

Microbial Fuel Cells are a leading edge wastewater treatment device to oxidize organic and inorganic matter and generate electricity. To remove organic matter and nitrate, Nitrate MFC has been applied in a two-chamber microbial fuel cell. The maximum power density reached 35.5 W/m3 and total SCOD removal efficiency was 77.1%(2.51 ㎏/㎥·day) in the anodic compartment, while nitrate removal efficiency was 16.8%(0.11 ㎏/㎥·day) in the cathodic compartment. Power density to be produced by MLMFC was 0.08 W/㎥ and 32.96% of influent SCOD(0.48 ㎏/㎥·day) was removed in the anodic compartment. Application of a Air bio-cathode in the microbial fuel cell would be alternative for the abio-cathode MFCs would use noble metal catalysts and or artificial mediators. After 50-days operation, the MFC became stable and the power density of the MFC reached 5.07 W/㎥. The concentration of SCOD in the final effluent was excellent to be 22 ㎎/ℓ, while that of the influent was 372 ㎎/ℓ. In this study, we can confirm a positive possibility to apply three kinds of bio-cathode MFC to wastewater treatment.

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