선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 1). 광생물반응기 개발에 관한 연구는 1980년대부터 활발하게 진행되었으며, 이러한 연구들은 미세조류의 배양을 통해 이산화탄소 고정화 향상에 효율적으로 대응하기 위하여 시도되었다. 광 생물 반응 기는 옥외 대량 배양장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점을 가지고 있으나, 높은 균체 성장 속도와 편리한 운전조건 조절, 그리고 스케일-업이 용이한 장점을 가지고 있다.
- 본 연구에서는 Scenedesmus, Microcystis, Chlorella 의 세종류의 조류와 Bacillus 및 하수슬러지를 공동으로 배양하여 양돈폐수의 질소 및 인 제거효율을 알아보았다. Chlorella vugaris 및 하수슬러지만를 사용하였을 때와 비교하여 미세조류 혼합배양의 경우 질소제거율은 좋으나 유기물 및 인제거율이 하수슬러지를 사용했을 경우보다 좋지 않았다.
- 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 축산폐수의 영양염류 (N, P) 및 유기물 제거를 도모하기 위해 3종의 미세조류에 Bacillus 및 하수슬러지의 혼합배양을 비교하였고 조류 컨소시움(consortium)에 CO2 를 주입 했을 때와 공기를 주입하였을 때의 효과를 고찰하였다.
제안 방법
- 세 종류의 미세조류 컨소시움과 조류 및 Bacillus의 혼합이 조류 및 슬러지의 혼합보다 양돈폐수의 처리에 적합하였다. 또한 처리성이 좋은 미세조류 배양조건에 대하여 CO2 를 주입하여 제거효율에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. CO2 주입에 따라 COD 제거는 영향이 없었으며 T-P 제거율은 30% 향상되었으나 T-N 및 암모니아성 질소 제거율은 오히려 감소하였다.
- 45 um멤브레인 여지(Filter)로 여과하여 공정시험방법에 따라 T-N, T-P, CODcr을 측정하였으며 NH4-N는 Standard Methods(APHA, 1998) 방법에 따라 측정하였다. 또한, NO3-N는 DR-4000(HACH)을 이용하여 측정하였다.
- 또한, 하수슬러지, 세균과 미세조류를 양돈폐수 혐기성 소화액에서 혼합배양하였다. 하수슬러 지와 증류수를 혼합한 단일 균은 하수슬러지 1mL와 40배 희석한 양돈폐수 100mL 를 혼합하여 총 유효부피를 200mL 하였다.
- 또한 Bacillus의 배지는 Nutrient Broth 배지를 사용하였다. 만들어진 배지는 250L 삼각플라스크를 이용하였고, 고압증기멸균기에서 120C 15분 동안 멸균하였으며 계대배양은 1주마다 수행하였다. 배양은 진탕배양기 (shaking incubator)를 이용하여 온도는 30°C, 교반속도는 150rpm, 광은 삼파장 램프의 조건에서 배양하였다.
- 미세 조류의 성장을 알아보기 위해 OPTIZEN 3220UV (한국 메카시스)를 이용하여 663nm, 645nm, 630nm, 750nm에 Chlorophyll-a를 측정하였다. 반응이 진행됨에 따른 시료내의 pH 변화를 알아보기 위해 pH 측정기 (pH-510)를 이용하여 pH 를 측정하였으며, 시료를 0.
- T-N은 20%가 제거되었고 NH4-N는 80%가 제거되었으나 T-P는 60%내외로 높은 제거율을 보였다. 미세조류의 인, 질소 제거 및 유기물 제거를 향상시키기 위하여 3종류의 미세조류를 공동으로 배양하고 세균단일종 Bacillus 및 세균복합종인 하수슬러지를 첨가하였다. COD 제거는 조류단일 종일 때보다는 증가하였으나 제거율의 증가가 10%내외로 미미하였다.
- 양돈폐수의 혐기성 처리액을 희석하여 주입하였으며 앞의 실험에서 가능성이 상대적으로 높은 세 종류의 미세조류혼합 배양조건 (algae consortium)에서 CO2 를 주입하여영양염 제거율에 대한 영향을 공기만을 주입한 경우와 비교하였다(Fig. 4). 미세조류의 컨소시움에 공기만을 주입했을 경우에는 6일 경과했을 때 T-N은 106.
- 이러한 광 생물반응기에 40배 희석한 혐기성 소화액을 반응기에 넣고, 원심분리 후 남아 있던 3종의 조류 및 Bacillus를 넣어 주었다. 이 반응기에 공기 1L/min을 주입했을 때와 CO2 5%를 주입 했을 때의 변화를 알아보았다. 반응기 내의 온도는 28 ~30°C 를 유지하였다.
- 하수슬러지만 주입했을 때와 하수슬러지와 조류를 혼합하여 배양했을 때의 결과를 비교 분석하였다. 바이오매스의 증가를 나타내는 부유고형물을 Fig.
- 하수슬러 지와 증류수를 혼합한 단일 균은 하수슬러지 1mL와 40배 희석한 양돈폐수 100mL 를 혼합하여 총 유효부피를 200mL 하였다. 하수슬러지와 조류를 혼합한 혼합균은 하수슬러지 1mL와 Scenedesmus, Microcystis, Chlorella을 혼합한 조류 50mL 와 40배 희석한 양돈폐수 혐기성소화액 100mL 를혼합하여 총 volume을 200mL 하였다. 운전조건은 30C 에서 150rpm을 유지하면서 삼파장 램프에서 배양하였다.
대상 데이터
- 40배로 동일하게 하였다. 5%의 CO2 를 공급하기 위해 CO2 와 공기펌프에서 나온 공기를 혼합하여 사용하였다. 조류의 성장은 Chlorophyll-a가 6일 경과 했을 때가 최대치를 보였고, SS 가 계속하여 증가함을 볼 수 있었다.
- 3종의 조류를 배양하기 위한 조류 성장의 배지 조성은 Table 1과 같다. 또한 Bacillus의 배지는 Nutrient Broth 배지를 사용하였다. 만들어진 배지는 250L 삼각플라스크를 이용하였고, 고압증기멸균기에서 120C 15분 동안 멸균하였으며 계대배양은 1주마다 수행하였다.
- 실험에 사용된 미세 조류는 국립환경연구원 환경 미생물 종균 관리 센터 (NIER) 와 한국해양미세조류은행에서 분양받은 Chlorella vugaris (NIER-10003), Scenedesmus acymyhatus(NIER-10093), Microcystis aeruginosa 3 종을 사용하였으며 영양염류 및 유기물 제거 특성의 비교를 위해 Bacillus 및 하수슬러지를 첨가하였다. 3종의 조류를 배양하기 위한 조류 성장의 배지 조성은 Table 1과 같다.
- 실험에 사용된 폐수는 양돈폐수로 혐기성 2단 소화 조를 거쳐 나온 혐기성소화액을 4C 저온실에 보관하여 사용하였다. 본 연구에 사용된 양돈폐수 혐기성소화액의 수질 특성은 Table 2와 같다.
데이터처리
- 운전조건은 30C 에서 150rpm을 유지하면서 삼파장 램프에서 배양하였다. 단일균과 혼합균의 결과를 비교 - 분석하였다.
이론/모형
- 미세조류 컨소시움내 미생물의 군집구조를 살펴보기 위하여 quinone profile법을 이용하였다(Hu et al., 1999). Quinone은 전자전달계물질의 하나로서 호흡쇄의 지용성 분으로 대부분의 미생물에 존재한다.
- Chlorophyll-a를 측정하였다. 반응이 진행됨에 따른 시료내의 pH 변화를 알아보기 위해 pH 측정기 (pH-510)를 이용하여 pH 를 측정하였으며, 시료를 0.45 um멤브레인 여지(Filter)로 여과하여 공정시험방법에 따라 T-N, T-P, CODcr을 측정하였으며 NH4-N는 Standard Methods(APHA, 1998) 방법에 따라 측정하였다. 또한, NO3-N는 DR-4000(HACH)을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 혼합배양이 오염물질의 제거에 효과적이었다. CO2 5% 주입 시 T-P의 제거효율이 58.1%로써 제거 효율이 공기주입보다 좋은 것으로 나타났다. 그러나 T-N의 경우 공기주입 시 71.
- 또한 처리성이 좋은 미세조류 배양조건에 대하여 CO2 를 주입하여 제거효율에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. CO2 주입에 따라 COD 제거는 영향이 없었으며 T-P 제거율은 30% 향상되었으나 T-N 및 암모니아성 질소 제거율은 오히려 감소하였다.
- 1%의 낮은 제거효율을 보였다. NH4-N 및 유기물의 제거효율도 CO2 5% 주입했을 때 보다 공기주입했을 때 제거효율이 더 좋게 나타났다. 공기주입과 비교하여 이산화탄소의 주입은 질소 및 인의 제거에서 선호하는 영양소가 달라 각기 다른 영향을 미치는 것으로 생각된다.
- T-P제거율의 경우 C vulgaris 및 미세조류 컨소시움이 비슷하였고 미세조류와슬러지 혼합배양은 하수슬러지와 비슷한 정도를 보였다. T-N의 제거율의 경우 미세조류 컨소시움의 경우가 하수슬러지 및 미세조류와 슬러지 혼합배양의 경우보다 크게 증가하였으며 미세조류 단일종을 사용하였을 때보다도 확연히 증가하였다. 암모니아성 질소의 경우 거의 모든 경우 80% 내외의 높은 게거율을 보였으며 배양 조건에 따른 차이는 크지 않았다.
- 1mg/L 로 약 24%의 제거율을 보였다. 결과적으로 3종의 조류를 혼합한 후 여기에 공기 대신에 CO2 를 주입하였을 때 더 좋은 T-N 제거효율을 나타내었으나, 만족할만한 T-P 제거효과는 거두지 못하였음을 나타낸다.
- 일반적으로 조류는 CO2 5% 내외로 주입했을 때 가장 좋은 효율을 보인다. 그러나 본 실험에서는 CO2 주입시 공기를 주입했을 때 보다 더 좋은 T-N 제거효율을 보이지 않았다. 이러한 이유는 CO2 를 주입하면서 알칼리도가 방해 요소가 되었거나 혹은 다른 방해 요소가 있었을 것이라 생각된다.
- 본 연구에서는 남조류, 녹조류 등 각각의 대표적인 균주를 순수 배양하여 퀴논을 분석한 결과, 남조류 (Mycrocyctis, Phormidium)는 VK-1을 우점으로 함유하고 있었으며, 녹조류(Selenastrum, Scenedesmus, Chlorella)는 PQ-9를 우점으로 함유하는 것으로 나타났다(임병란 등, 2005). 또한 Bacillus에 대하여 퀴논분석을 한 결과 MK-7을 우점으로 함유하는 것으로 나타났다.
- 배양 기간은 9일로 정하였고 양돈폐수를 40배 희석하여 미세조류를 주입한 후, 시간 경과에 따라 비교 - 분석한 결과 조류 및 슬러지 단일종보다 컨소시움, 조류-세균 형태의 혼합배양이 오염물질의 제거에 효과적이었다. CO2 5% 주입 시 T-P의 제거효율이 58.
- Quinone은 그의 골각형, 이소프렌 측쇄수 및 측쇄의 포화도등의 차이에 의해서, 특유의 산화환원전위를 나타냄으로 미생물에 있어서 에너지대사의 차이에 의해서 퀴논분자종도 틀리게 된다, Quinone은 크게 호기 및 혐기성호흡을 통해 에너지를 획득하는 ubiquinone (UQ) 과 menaquinone (MK) 으로 나눌 수 있으며, 광합성을 통해 에너지를 획득하는 plastoquinone (PQ) 과 vitamin-K(VK)1 으로 나눌 수 있다(Collins and Jones, 1981). 본 연구에서는 남조류, 녹조류 등 각각의 대표적인 균주를 순수 배양하여 퀴논을 분석한 결과, 남조류 (Mycrocyctis, Phormidium)는 VK-1을 우점으로 함유하고 있었으며, 녹조류(Selenastrum, Scenedesmus, Chlorella)는 PQ-9를 우점으로 함유하는 것으로 나타났다(임병란 등, 2005). 또한 Bacillus에 대하여 퀴논분석을 한 결과 MK-7을 우점으로 함유하는 것으로 나타났다.
- Chlorella vugaris 및 하수슬러지만를 사용하였을 때와 비교하여 미세조류 혼합배양의 경우 질소제거율은 좋으나 유기물 및 인제거율이 하수슬러지를 사용했을 경우보다 좋지 않았다. 세 종류의 미세조류 컨소시움과 조류 및 Bacillus의 혼합이 조류 및 슬러지의 혼합보다 양돈폐수의 처리에 적합하였다. 또한 처리성이 좋은 미세조류 배양조건에 대하여 CO2 를 주입하여 제거효율에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.
- 5%의 CO2 를 공급하기 위해 CO2 와 공기펌프에서 나온 공기를 혼합하여 사용하였다. 조류의 성장은 Chlorophyll-a가 6일 경과 했을 때가 최대치를 보였고, SS 가 계속하여 증가함을 볼 수 있었다. 이는 조류의 성장이 활발함을 나타내 준다.
- 4mg/L 로 증가하여 상당한 양의 조류 바이오매스가 성장하였다. 즉, 이 결과는 조류가 암모니아성 질소를 영양물질로 이용하여 성장하고 있음을 보여준다. 반응이 끝난 9일째의 T-N의 경우 유출수의 농도가 30.
- 2에 나타내었다. 하수슬러지만의 성장이 가장 좋지 않았으며 나머지 미세조류 컨소시움 및 미세조류와 박테리아의 혼합배양에서는 성장의 차이가 크게 나지 않았다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.