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Multi-Biosensor를 이용한 축산폐수의 생물화학적 산소요구량 실시간 측정방법 연구
On-Line Measurement of Biochemical Oxygen Demand of livestock Wastewater by Multi-Biosensor System 원문보기

한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering, v.21 no.4, 2006년, pp.241 - 247  

김진경 (수원대학교 공과대학 화공생명공학과) ,  김태진 (수원대학교 공과대학 화공생명공학과)

초록
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용존산소 센서 및 시스템에서 손실되는 산소량을 보정하기 위해 멸균처리 기법을 도입하였다. 멸균처리 시료의 DO 거동과 비멸균처리 시료의 DO 거동차(${\Delta}$DO)는 시스템의 영향과 무관하게 폐수 자체의 순수한 미생물만이 소모하는 산소변화량을 구하였다. 용존산소 센서로 축산폐수의 시간에 따른 DO거동(-d${\Delta}$DO/dt)을 측정하여 구한 폐수 자체의 미생물에 의한 산소소모속도는 0.00074mg $O_2/{\ell}{\cdot}sec$이었다. 축산폐수의 원액을 희석하여 다양한 BOD값을 갖도록 시료를 제조한 후 DO meter로 측정하여 구한 DO 변화량은 동일한 시료를 5일 BOD 측정방법인 Winkler Azide화 변법으로 구한 BOD값과 선형구간($30{\sim}60$분)에서 97.72%의 높은 상관 선형성을 보였다. 따라서 본 연구의 multi-biosensor 시스템은 축산폐수의 BOD를 짧은 시간에 정확하게 측정할 수 있는 가능성을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study was intended to examine a basic scheme to determine the biochemical oxygen demand(BOD) of livestock wastewater by means of six individual dissolved oxygen(DO) sensors and its multi-measurable meter. Maximal point of the first order time derivative of the DO difference between DO di...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 72%의 높은 상관 선형성을 보였다. 따라서 본 연구의 multi-biosensor 시스템은 축산폐수의 BOD를 짧은 시간에 정확하게 측정할 수 있는 가능성을 제시하였다.
  • 미생물 농도가 일정해지면 산소 소모량도 일정한 관계로 축산폐수 중의 미생물 농도가 1시간 안에 변화하는지를 측정함으로써 가정을 검정할 필요가 있다. 이 연구는 같은 시료를 바탕으로 축산폐수의 최적흡수 파장을 선정하고 축산폐수 접종량별 배양액의 full range 성장곡선의 pattern을 확인하여 이를 토대로 축산폐수 배양액의 접종량과 온도 변화에 따른 성장곡선을 측정하여 그 타당성을 보상하고 이를 근거로 하여 축산폐수 내의 존재하는 미생물의 세포 농도 증가에 따른 건조세포 무게와의 상관관계를 규명하여 흡광도와 건조 세포 무게 간의 검량 곡선을 구함으로써 편리하게 축산폐수의 미생물의 세포 농도를 구하기 위하여 선행연구(8)를 수행한 결과에 따르면 평균 미생물 농도(X) 는 0.375g cell//이었으며, 20°C와 37°C에서 1시간 동안 미생물이 성장하지 않음을 알 수 있었다.
  • 본 연구에서는 위와 같이 미생물이 가지는 문제점을 제거하기 위하여 축산폐수 자체에 함유된 미생물을 이용하였다. 주어진 시간 내에 미생물이 호흡하면서 소모하는 산소의 거동을 DO 측정기로 연속 계측하여 미생물군 고유의 산소 소모 거동을 확인하고 BOD 농도에 따른 산소 소모 거동과의 상관관계를 밝힘으로써 실시간 BOD 연속 측정 시스템을 위한 실험실적 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 미생물의 농도가 한 시간 동안 일정하다고 가정하였다. 미생물 농도가 일정해지면 산소 소모량도 일정한 관계로 축산폐수 중의 미생물 농도가 1시간 안에 변화하는지를 측정함으로써 가정을 검정할 필요가 있다.
  • 여기서 미생물의 농도(X) 가 1시간 이내에 증가하지 않는다고 가정한다면, 일정량의 미생물이 소모하는 산소량도 일정하므로 0UR은 일정하다.
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참고문헌 (9)

  1. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation (1992), Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 18th ed., Washington, DC., 5210 

  2. Ihn, G. S., Park, K. H., Pek, U. H., and M. J. Son (1992), Microbial BOD Sensor Using Hansenula anomala, Bull. Korean Chem. Soc. 13(2), 145-148 

  3. Janata, J. (1990), Principles of Chemical Sensors, Plenum Press, 83 

  4. Japanese Industrial Standard Committe (1986), Testing Methods for Industrial Waste Water, JIS K 0102, 47, Tokyo, Japan 

  5. Karube, I., Matsunaga, T., Mitsuda, S., and S. Suzuki (1977), Biotechnology Bioengineering 19, 1935 

  6. Aiba, S., Humphrey, A. E., and N. F. Millis (1973), Biochemical Engineering 2nd ed., Academic press, 332-345 

  7. Taguchi, H. and A. E. Humphrey (1966), Dynamic Measurement of the Volumetric Oxygen Transfer Coefficient in Fermentation Systems, Journal of Fermentation Technology, Japan 44, 881 

  8. Kim, T. J., Seo, J. W., Kim, J. K., Kim, J. C., and T. H. Jung (2001), Initial Study on Behavior of Microorganisms in Livestock Wastewater, Korean J. Biotechnol. Bioeng. 16(4), 430-434 

  9. Kim, T. J., Jurng, T. H., Chung, U. H., and S. I. Hong (2001), Simultaneous Determination of Oxygen Transport Characteristics of Six Membranes by Hexagonal Dissolved Oxygen Sensor System, Sensors and Actuators B 72, 11-20 

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