본 연구는 미생물연료전지를 이용하여 액비를 처리하고 동시에 유용한 전기에너지 발생이 가능한지를 실험한 것이다. 탄소섬유전극(graphite felt)와 스테인레스 스틸망을 다른 비율로 충진한 single-chamber 미생물연료전지를 이용하였으며 탄소섬유전극보다 스테인레스망을 더 많이 충진한 미생물연료전지를 대조구(CMFC)로 하여 탄소섬유전극이 더 많이 충진된 미생물연료전지(SMFC)와 서로 비교하였다. 농화 배양이 끝난 후, SMFC로부터 발생되는 전류는 $3.167{\pm}80\;mg/L$ 의 액비를 공급할 때 18 mA가 안정적으로 발생되었다. 이때 최대 전력밀도와 전류밀도는 각각 $680\;mW/m^3$와 $3,770\;mA/m^3$이었으며, CMFC의 전력밀도와 전류밀도보다는 높았다. 화학적산소요구량(COD)는 SMFC와 CMFC에서 $3.718{\pm}80\;mg/L$에서 $865{\pm}21$과 $930{\pm}14\;mg/L$로 감소하여 각각 72.7%와 70.6%가 감소되었다. SMFC와 CMFC로부터 부유물질(SS)은 99% 이상이 감소되는 것을 확인하였다. 또한 SMFC의 암모니아성질소, 질산성질소, 그리고 인산염인과 같은 영향물질 농도의 변화도 각각 65.4%, 57.5%, 그리고 73.7%이 감소되었으며 CMFC의 경우도 거의 유사한 제거율을 보였다. 이들 결과로부터 저가 재료가 충진한 미생물 연료전지를 이용함으로써 경제적 효과를 기대할 수 있음은 물론 가축분뇨로부터 적지만 전기 에너지가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구는 미생물연료전지를 이용하여 액비를 처리하고 동시에 유용한 전기에너지 발생이 가능한지를 실험한 것이다. 탄소섬유전극(graphite felt)와 스테인레스 스틸망을 다른 비율로 충진한 single-chamber 미생물연료전지를 이용하였으며 탄소섬유전극보다 스테인레스망을 더 많이 충진한 미생물연료전지를 대조구(CMFC)로 하여 탄소섬유전극이 더 많이 충진된 미생물연료전지(SMFC)와 서로 비교하였다. 농화 배양이 끝난 후, SMFC로부터 발생되는 전류는 $3.167{\pm}80\;mg/L$ 의 액비를 공급할 때 18 mA가 안정적으로 발생되었다. 이때 최대 전력밀도와 전류밀도는 각각 $680\;mW/m^3$와 $3,770\;mA/m^3$이었으며, CMFC의 전력밀도와 전류밀도보다는 높았다. 화학적산소요구량(COD)는 SMFC와 CMFC에서 $3.718{\pm}80\;mg/L$에서 $865{\pm}21$과 $930{\pm}14\;mg/L$로 감소하여 각각 72.7%와 70.6%가 감소되었다. SMFC와 CMFC로부터 부유물질(SS)은 99% 이상이 감소되는 것을 확인하였다. 또한 SMFC의 암모니아성질소, 질산성질소, 그리고 인산염인과 같은 영향물질 농도의 변화도 각각 65.4%, 57.5%, 그리고 73.7%이 감소되었으며 CMFC의 경우도 거의 유사한 제거율을 보였다. 이들 결과로부터 저가 재료가 충진한 미생물 연료전지를 이용함으로써 경제적 효과를 기대할 수 있음은 물론 가축분뇨로부터 적지만 전기 에너지가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
In this study the feasibility of simultaneous electricity generation and treatment of swine farm wastewater using microbial fuel cells (MFCs) was examined. Two single-chamber MFCs containing an anode filled with different ratio of graphite felt and stainless-steel cross strip was used in all tests. ...
In this study the feasibility of simultaneous electricity generation and treatment of swine farm wastewater using microbial fuel cells (MFCs) was examined. Two single-chamber MFCs containing an anode filled with different ratio of graphite felt and stainless-steel cross strip was used in all tests. The proportion of stainless-steel cross strip to graphite felt in the anode of control microbial fuel cell (CMFC) was higher than that of swine microbial fuel cell (SMFC) to reduce construction costs. SMFCs produced a stable current of 18 mA by swine wastewater with chemical oxygen demand (COD) of $3.167{\pm}80\;mg/L$ after enriched. The maximum power density and current density of SMFCs were $680\;mW/m^3$ and $3,770\;mA/m^3$, respectively. In the CMFC, power density and current density was lower than that of SMFC. CODs decreased by the SMFC and CMFC from $3.167{\pm}80$ to $865{\pm}21$ and $930{\pm}14\;mg/L$, achieving 72.7% and 70.6% COD removal, respectively. The suspended solid (SS) of both fuel cells was also reduced over 99% ($4,533{\pm}67$ to $24.0{\pm}6.0\;mg/L$). The concentration of nutritive salts, ${NH_4}^+$, ${NO_3}^-$, and ${PO_4}^{3-}$, dropped by 65.4%, 57.5%, and 73.7% by the SMFC, respectively. These results were similar with those of CMFC. These results show that the microbial fuel cells using electrode with mix stainless-steel cross strip and graphite felt can treat the swine wastewater simultaneously with an electricity generation from swine wastewater.
In this study the feasibility of simultaneous electricity generation and treatment of swine farm wastewater using microbial fuel cells (MFCs) was examined. Two single-chamber MFCs containing an anode filled with different ratio of graphite felt and stainless-steel cross strip was used in all tests. The proportion of stainless-steel cross strip to graphite felt in the anode of control microbial fuel cell (CMFC) was higher than that of swine microbial fuel cell (SMFC) to reduce construction costs. SMFCs produced a stable current of 18 mA by swine wastewater with chemical oxygen demand (COD) of $3.167{\pm}80\;mg/L$ after enriched. The maximum power density and current density of SMFCs were $680\;mW/m^3$ and $3,770\;mA/m^3$, respectively. In the CMFC, power density and current density was lower than that of SMFC. CODs decreased by the SMFC and CMFC from $3.167{\pm}80$ to $865{\pm}21$ and $930{\pm}14\;mg/L$, achieving 72.7% and 70.6% COD removal, respectively. The suspended solid (SS) of both fuel cells was also reduced over 99% ($4,533{\pm}67$ to $24.0{\pm}6.0\;mg/L$). The concentration of nutritive salts, ${NH_4}^+$, ${NO_3}^-$, and ${PO_4}^{3-}$, dropped by 65.4%, 57.5%, and 73.7% by the SMFC, respectively. These results were similar with those of CMFC. These results show that the microbial fuel cells using electrode with mix stainless-steel cross strip and graphite felt can treat the swine wastewater simultaneously with an electricity generation from swine wastewater.
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문제 정의
지금까지 높은 유기오염농도와 암모니아성 질소를 포함하는 가축분뇨를 이용하는 미생물연료전지 연구는 미비한 상태인데[7], 2007년 Kim은 미생물연료전지를 이용한 nitrogen 제거는 single-process system에서는 어려우며 일반적으로 2단계 변형 포기조/무산소조(oxic/anoxic) process와 같이 multiple반응조를 이용하여 ammonia-rich 가축분뇨 처리에 이용할 수 있으나 이들 process는 높은 운전비용이 요구된다고 하였다[8]. 그러나 미생물연료전지를 실용화하기 위해서는 멤브레인과 같이 고가 재료를 대체해야 하며 시스템이 단순화한 single system 이 적합할 것으로 생각되어 본 연구에서는 미생물연료전지를 single-chamber형태로 탄소섬유 전극과 스테인레스 스틸망을 혼합하여 전극으로 사용하였으며 멤브레인을 아크릴판으로 대체하여 가축분뇨에 포함된 유기오염물질, 질소 그리고 인의 분해능 정도와 이 과정에서 전기에너지 생성 정도를 알아보고자 한 것이다.
본 연구는 미생물연료전지를 이용하여 액비를 처리하고 동시에 유용한 전기에너지 발생이 가능한지를 실험한 것이다. 탄소섬유전극(graphite felt)와 스테인레스 스틸망을 다른 비율로 충진한 single-chamber 미생물연료전지를 이용하였으며 탄소섬유전극보다 스테인레스망을 더 많이 충진한 미생물연료전지를 대조구(CMFC)로 하여 탄소섬유전극이 더 많이 충진된 미생물연료전지(SMFC)와 서로 비교하였다.
액비는 유기오염물질과 함께 질소나 인도 다량 포함하고 있어 미생물연료전지를 이용한 이들 처리능을 알아보았다. 미생물연료전지를 운전하면서 암모니아성 질소(NH3+), 질산 성질소(NO3-)의 농도 변화를 측정하였다(Fig.
제안 방법
SMFC의 전류값이 최대 약 16 mA정도로 일정하게 유지될 때 농화 배양이 완료되었다고 판단하여 전류발생 및 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유물질(SS)을 분석하였다. 공급한 액비의 초기 COD농도는 3,167±80 mg/L이었으며 6일이 경과하였을 때 SMFC와 대조구는 각각 865±21 mg/L와 930±14 mg/L로 감소하였다.
각 미생물연료전지에서 발생하는 전류값을 측정하기 위해서는 multimeter(Keithley Instrument Inc., Cleveland, OH, USA)로 일정 시간 마다 양극부와 음극부 사이의 potential 차이를 측정하였다. 측정된 potential(전압)은 컴퓨터(personal computer)로 전달하고 측정된 potential은 고정된 외부 저항 값을 고려하여 환산하였다.
농촌부산물 중 가축분뇨(액비)을 이용하여 처리와 동시에 전기에너지를 생성하는 미생물연료전지(Swine microbial fuel cell, SMFC)를 개발하기 위하여 직사각형의 형태로 음극부와 양극부를 하나의 챔버에 위, 아래에 장착시키고 액비를 음극부에 공급하면 음극부를 통해서 양극부에서 배출되도록 하였다. 음극부는 가로×세로×높이가 230×150×150 mm 이며, 양극부 위에 바이오필터를 장착하여 발생되는 냄새를 처리할 수 있도록 하였다(Fig.
농화배양 이후 전류 발생이 안정화되었을 때 액비를 에너지원으로 사용되는 미생물연료전지로부터 생성되는 전력생산 특성을 알아보기 위해 polarization curve를 작성하였다(Fig. 4). 전류발생은 SMFC와 대조구(CMFC) 각각 약 160 mV와 약 100 mV (R = 10WWW)이었다.
04 mg/cm2)한 전극 2장을 양극부 전극으로 사용하였다. 대조구(CMFC) 미생물 연료전지와 측정용 미생물 연료전지의 음극부에는 가축분뇨를 희석하지 않고 원액 그대로 이용하였으며, 양극부에는 에어컴프레셔를 이용하여 유량계(flow meter)를 거쳐 일정 유량(800 mL/min)으로 연속 공급되도록 하였다. 폐수 공급은 연동펌프(505S, Watson-Marlow, Falnouth, Cornwall, UK))를 이용하여 53.
액비는 유기오염물질과 함께 질소나 인도 다량 포함하고 있어 미생물연료전지를 이용한 이들 처리능을 알아보았다. 미생물연료전지를 운전하면서 암모니아성 질소(NH3+), 질산 성질소(NO3-)의 농도 변화를 측정하였다(Fig. 5).
암모니아성질소(Nessler reagent set), 질산성질소(Test'N Tube, HR, NitroVer X Test N tube reagent set) 총질소(Test 'N Tube, HR Total nitrogen acid solution reagent set), 그리고 인산염인(PhosVer3 Phosphate reagent) 분석은 모두 HACH kit를 이용하여 DR 5000 UV-VIS spectrophotometer를 이용하여 분석하였다.
측정된 potential(전압)은 컴퓨터(personal computer)로 전달하고 측정된 potential은 고정된 외부 저항 값을 고려하여 환산하였다. 액비의 COD는 HACH의 3개의 서로 다른 농도범위(0-150(LR), 0-1,500(MR), 0-15,000(HR) ppm)의 kit를 사용하여 측정하였다. 흡광광도계는 HACH의 DR5000 UV-VIS Spectrophotometer(HACH, Loveland, CO, USA)를 이용하였다.
이때 체류시간은 전극을 충진 후의 반응기 부피를 기준으로 하였다. 연료(액비)는 COD농도가 높기 때문에 SMFC와 대조구는 각각 별도의 저류조에 연결하여 액비 5L를 순환(recycle)시키면서 전류발생의 변화와 가축분뇨의 처리 정도를 알아보았다. 유입된 액비는 배출구에서 다시 저류조에 유입되는 시스템으로 전류값이 감소되면 배지를 교체하여 주었다.
혐기소화조액과 가축분뇨(양돈)을 1:1로 혼합한 액을 접종원으로 하여 미생물연료전지 에 일정한 유속으로 공급하였다. 음극부 용량으로 2회 정도가 교체되었을 때 공급을 중단하고 1일이 경과하였을 때 액비를 53.26 mL/min의 유속으로 공급하면서 CMFC와 SMFC의 전류발생 양상을 관찰 하였다(Fig. 2). 접종 후 SMFC는 약 2일이 지나면서 전류발생이 시작되어 약 7일이 되었을 때 steady state에 도달하여 일정한 전류가 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
음극부는 가로×세로×높이가 230×150×150 mm 이며, 양극부 위에 바이오필터를 장착하여 발생되는 냄새를 처리할 수 있도록 하였다(Fig. 1).
이 실험에서는 음극부와 양극부 사이에 고가의 양이온 교환막(멤브레인)을 이용하는 대신 절연상태를 유지하면서 선택적으로 수소이온을 전달시킬 수 있는 세퍼레이터를 장착하여 연결하였다. 이 세퍼레이터는 유체의 흐름을 방해하지 않도록 perforated plate 형태로 하였다.
26 mL/min의 유속으로 공급하였다. 이때 전압을 측정하여 농화배양이 되었는지의 여부를 판단하였다.
음극부 전극으로는 탄소섬유전극(graphite felt, GF series, Electrosynthesis, amherst, NY, USA)와 함께 스테인리스스틸 cross stripes를 함께 사용하였다. 탄소섬유 전극 3장과 나머지를 스테인스틸 cross stripes sheet(23장)을 충진한 것을 대조구(Control microbial fuel cell, CMFC)로 하고 탄소섬유전극 16장과 스테인스틸 cross stripes sheet(10장)을 충진한 측정용 미생물 연료전지(Swine microbial fuel cell, SMFC)를 서로 비교하여 실험하였다. 양극부전극은 백금촉매(Platinum powder)를 탄소(carbon)에 첨가한 파우더(20% platinum on Vulcan XC-72, E-TEK, NJ, USA)를 Nafion ionomer와 함께 섞어 분산매를 만든 후 전극표면에 스프레이건을 이용하여 로딩(평균 0.
본 연구는 미생물연료전지를 이용하여 액비를 처리하고 동시에 유용한 전기에너지 발생이 가능한지를 실험한 것이다. 탄소섬유전극(graphite felt)와 스테인레스 스틸망을 다른 비율로 충진한 single-chamber 미생물연료전지를 이용하였으며 탄소섬유전극보다 스테인레스망을 더 많이 충진한 미생물연료전지를 대조구(CMFC)로 하여 탄소섬유전극이 더 많이 충진된 미생물연료전지(SMFC)와 서로 비교하였다. 농화 배양이 끝난 후, SMFC로부터 발생되는 전류는 3.
혐기소화조액과 가축분뇨(양돈)을 1:1로 혼합한 액을 접종원으로 하여 미생물연료전지 에 일정한 유속으로 공급하였다. 음극부 용량으로 2회 정도가 교체되었을 때 공급을 중단하고 1일이 경과하였을 때 액비를 53.
대상 데이터
돈사(이천)에서 발생되는 액비를 사용하였으며 액비의 화학적산소요구량(chemical oxygen demand, COD)는 약 3,200 ppm이었으며 수소이온농도(pH)는 약 8.1이었다. 또한 가축분뇨의 총질소와 총인은 각각 1,386.
이 세퍼레이터는 유체의 흐름을 방해하지 않도록 perforated plate 형태로 하였다. 음극부 전극으로는 탄소섬유전극(graphite felt, GF series, Electrosynthesis, amherst, NY, USA)와 함께 스테인리스스틸 cross stripes를 함께 사용하였다. 탄소섬유 전극 3장과 나머지를 스테인스틸 cross stripes sheet(23장)을 충진한 것을 대조구(Control microbial fuel cell, CMFC)로 하고 탄소섬유전극 16장과 스테인스틸 cross stripes sheet(10장)을 충진한 측정용 미생물 연료전지(Swine microbial fuel cell, SMFC)를 서로 비교하여 실험하였다.
접종원으로는 중랑하수처리장의 혐기소화조 슬러지와 이천시에 소재한 양돈 농가로에서 채취한 가축분뇨를 부피비(1:1)로 혼합하여 접종원으로 사용하였다. 접종액 100 mL을 phosphate buffer(1 M) 30 mL + mineral solution(10 mL) + salt solution(10 mL)를 혼합하여 최종 1L가 되도록 하여 이 액을 접종액으로 이용하였다[5].
액비의 COD는 HACH의 3개의 서로 다른 농도범위(0-150(LR), 0-1,500(MR), 0-15,000(HR) ppm)의 kit를 사용하여 측정하였다. 흡광광도계는 HACH의 DR5000 UV-VIS Spectrophotometer(HACH, Loveland, CO, USA)를 이용하였다. 부유물질농도(SS)는 공정시험법에 따라 미리 무게를 단 유리섬유여지(GF/C)를 여과기에 부착하여 일정량의 시료를 여과시킨 다음 건조하여 무게를 달아 여과 전ㆍ후의 유리섬유 여지의 무게차를 산출하여 부유물질의 농도를 구하여 산출하였다[16].
이론/모형
부유물질농도(SS)는 공정시험법에 따라 미리 무게를 단 유리섬유여지(GF/C)를 여과기에 부착하여 일정량의 시료를 여과시킨 다음 건조하여 무게를 달아 여과 전ㆍ후의 유리섬유 여지의 무게차를 산출하여 부유물질의 농도를 구하여 산출하였다[16]. 암모니아성질소는 Nessler Method를 이용하여 425 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 질산성질소(NO3-)는 chromotropic acid method에 의해 410 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총질소는 105°C에서 30분간 전처리 후 410nm 흡광도에서 측정하였으며 인산염인은 ascorbic acid method로 880nm에서 흡광도를 측정하여 측정하였다.
또한 폐수처리장에서 질소와 인을 처리할 때는 적당한 BOD와 TP와 TN의 비가 요구된다. 따라서 TP와 TN을 효율적으로 제거하기 위해서는 적절한 BOD:N:P의 비를 고려한다면 유기오염물질 처리 속도 높아질 것으로 판단된다. 미생물연료전지는 유기오염물질과 함께 질소염과 인산염인을 모두 한 개의 반응조(음극부)안에서 동시에 제거가 가능한 시스템으로 전기에너지와 함께 폐수처리가 가능한 시스템으로 이용 가능할 것으로 생각된다.
SMFC와 CMFC로부터 부유물질(SS)은 99% 이상이 감소되는 것을 확인하였다. 또한 SMFC의 암모니아성질소, 질산성질소, 그리고 인산염인과 같은 영향물질 농도의 변화도 각각 65.4%, 57.5%, 그리고 73.7%이 감소되었으며 CMFC의 경우도 거의 유사한 제거율을 보였다. 이들 결과로부터 저가 재료가 충진한 미생물 연료전지를 이용함으로써 경제적 효과를 기대할 수 있음은 물론 가축분뇨로부터 적지만 전기 에너지가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
미생물연료전지를 이용하여 이들 각 농도 변화를 관찰한 결과, 암모니아성 질소(NH3+)는 초기농도가 880±0.0 mg/L에서 10시간 이후 622.5±10.6 mg/L으로 29.3%가 제거되고 이후 점진적으로 제거되어 6일이 지났을 때 304.5±2.1 mg/L으로 65.4%가 제거되었다.
Jang은 미생물연료전지 로부터 발생되는 부유물질의 양을 호기적 처리법과 비교하여 이론적으로 1/3 이하로 감소된다는 연구결과를 발표하여 하·폐수 처리에 생물연료전지를 이용할 경우 부유물질 처리에 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 나타냈다[5]. 본 연구결과에서도 미생물연료전지를 이용하여 가축분뇨를 처리시 부유물질의 생성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
부유물질(SS)는 4,533±67 mg/L에서 24.0±6.0 mg/L으로 99.5%까지 감소한 것으로 나타났다(Fig.
접종 후 SMFC는 약 2일이 지나면서 전류발생이 시작되어 약 7일이 되었을 때 steady state에 도달하여 일정한 전류가 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 스테인레스 스틸 cross stripes가 많이 충진된 대조구(CMFC) 미생물 연료전지는 SMFC보다 steady state 상태에 도달하는데 더 많은 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 전류 발생값도 10 mA로 정도로 SMFC의 약 16 mA보다 낮게 발생되었다.
7%이 감소되었으며 CMFC의 경우도 거의 유사한 제거율을 보였다. 이들 결과로부터 저가 재료가 충진한 미생물 연료전지를 이용함으로써 경제적 효과를 기대할 수 있음은 물론 가축분뇨로부터 적지만 전기 에너지가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
일반적으로 질소와 인의 처리는 각각 다른 산소 조건 상태에서 일어나기 때문에 혐기조-무산소조-호기조로 구성되어 무산소조에서 질산성질소가 질소로 방출되고, 호기조에서 인이 미생물에 의해서 섭취되어 제거되는데 미생물연료전지를 이용할 경우에는 음극부 즉, 같은 반응조 안에서 암모니아성 질소와 인산염 인이 동시에 감소하는 것으로 나타났다. 또한 폐수처리장에서 질소와 인을 처리할 때는 적당한 BOD와 TP와 TN의 비가 요구된다.
2). 접종 후 SMFC는 약 2일이 지나면서 전류발생이 시작되어 약 7일이 되었을 때 steady state에 도달하여 일정한 전류가 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 스테인레스 스틸 cross stripes가 많이 충진된 대조구(CMFC) 미생물 연료전지는 SMFC보다 steady state 상태에 도달하는데 더 많은 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었다.
0 mg/L이었다. 질산성 질소보다는 암모니아성 질소와 아질산성 질소(= 총질소-암모니아성질소-질산성질소)가 높은 것으로 질산화가 진행된지 오래되지 않았음을 확인할 수 있었다. 미생물연료전지를 이용하여 이들 각 농도 변화를 관찰한 결과, 암모니아성 질소(NH3+)는 초기농도가 880±0.
이 결과는 미생물연료전지를 하·폐수 처리를 목적으로 하는 경우 스테인레스 스틸 cross stripes도 전극 재료로 충분히 사용 가능함을 보인 것으로 스테인레스 스틸 cross stripes을 저가의 전극 재질로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하·폐수 처리에 미생물연료전지를 사용 시 장단점은?
미생물연료전지는 유기오염물질을 포함하는 하·폐수 뿐만 아니라 황산이온, Cr6+, Nitrilotriacetic acid(NTA) 등 독성물질을 처리하고 동시에 전기에너지를 발생할 수 있음이 여러 연구 그룹에서 발표되었다[6, 9, 15]. 그러나 미생물연료전지는 다양한 폐수로부터 전기에너지를 얻을 수 있다는 장점에도 불구하고 전극, 멤브레인 그리고 촉매 등 사용되는 재료들이 고가로 초기 투자비용이 크다는 것과 scale-up을 하면 내부저항이 커져 출력 에너지 양이 적어지는 문제가 있다. 따라서 경제성이 있는 미생물연료전지로 개발하기 위해서는 고가의 전극과 멤브레인을 저가의 재료로 대체해야 한다.
본 연구에서 multiple 반응조를 쓰는 가축분뇨를 이용하는 미생물연료전지 process가 가진 높은 운전 비용 문제점을 보완하고 실용화하기 위해 사용한 방법은?
지금까지 높은 유기오염농도와 암모니아성 질소를 포함하는 가축분뇨를 이용하는 미생물연료전지 연구는 미비한 상태인데[7], 2007년 Kim은 미생물연료전지를 이용한 nitrogen 제거는 single-process system에서는 어려우며 일반적으로 2단계 변형 포기조/무산소조(oxic/anoxic) process와 같이 multiple반응조를 이용하여 ammonia-rich 가축분뇨 처리에 이용할 수 있으나 이들 process는 높은 운전비용이 요구된다고 하였다[8]. 그러나 미생물연료전지를 실용화하기 위해서는 멤브레인과 같이 고가 재료를 대체해야 하며 시스템이 단순화한 single system 이 적합할 것으로 생각되어 본 연구에서는 미생물연료전지를 single-chamber형태로 탄소섬유 전극과 스테인레스 스틸망을 혼합하여 전극으로 사용하였으며 멤브레인을 아크릴판으로 대체하여 가축분뇨에 포함된 유기 오염물질, 질소 그리고 인의 분해능 정도와 이 과정에서 전기에너지 생성 정도를 알아보고자 한 것이다.
미생물연료전지란 무엇인가?
미생물연료전지 이용 기술은 하·폐수 처리와 동시에 전기에너지를 생성시킬 수 있는 친환경 신기술로 하·폐수에 포함된 유기오염물질의 처리와 동시에 바이오 에너지를 생성하는 지속 가능한 기술로 제안되었다[1, 4, 5, 10, 11, 12, 14]. 미생물연료전지는 음극부에 미생물을 이용하기 때문에 미생물에 의해 분해 가능한 모든 물질을 대상으로 할 수 있으며 미생물이 대사하는 과정에서 발생하는 전자를 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있는 시스템이다. 미생물연료전지는 미생물을 이용하기 때문에 적절한 농화배양 단계를 거치면 다양한 폐수를 대상으로 이용할 수 있다.
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