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논문 상세정보

미세조류 옥외 배양시스템을 이용한 도시하수 정화 및 미생물 군집다양성 분석

Municipal Wastewater Treatment and Microbial Diversity Analysis of Microalgal Mini Raceway Open Pond

초록

미세조류는 광합성을 통하여 바이오디젤과 같은 부가가치상품을 생산할 수 있으며, 미세조류를 이용한 생명공학 기술이 주목 받고 있다. 그러나 질소원과 탄소원은 미세조류 배양 비용을 높여 충분한 바이오매스 생산에 제한요소가 되고 있다. 미세조류를 배양하는데 도시하수를 이용하는 것은 생산단가를 낮추는 좋은 대안이 될 수 있으며, 본 연구에서는 옥외 수질정화 배양 시스템(mini raceway open pond)을 이용하여 적용했다. 실험에 사용한 도시하수는 하수종말처리장의 1차 침전지를 거친 유입수를 이용하였으며, 토착 미세조류를 mini raceway open pond에서 배양하였다. 체류시간 6일의 운전 후 TN, TP, COD-$_{Mn}$, $NH_3$-N의 평균 제거 효율은 80.18%, 63.56%, 76.34%, 96.74%로 각각 나타났다. 18S rRNA gene 분석결과 녹조류인 Chlorella, Scenedesmus가 우점하였으며, 16S rRNA gene 분석결과 Rhodobacter, Luteimonas, Agrobacterium, Thauera, Porphyrobacte의 5종의 bacteria가 동정되었다. 이러한 결과를 통하여 미세조류를 이용한 호기성 처리나 과도한 발전비용 없이 효과적인 하수처리를 할 수 있는 가능성을 확인하였다. 그리고 도시하수는 미세조류 배양에 필요한 탄소원과 질소원을 제공할 수 있으며 미세조류 바이오매스는 상업적 목적으로 이용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

Abstract

Microalgal biotechnology has gained prominence because of the ability of microalgae to produce value-added products including biodiesel through photosynthesis. However, carbon and nutrient source is often a limiting factor for microalgal growth leading to higher input costs for sufficient biomass production. Use of municipal wastewater as a low cost alternative to grow microalgae as well as to treat the same has been demonstrated in this study using mini raceway open ponds. Municipal wastewater was collected after primary treatment and microalgae indigenous in the wastewater were encouraged to grow in open raceways under optimum conditions. The mean removal efficiencies of TN, TP, COD-$_{Mn}$, $NH_3$-N after 6 days of retention time was 80.18%, 63.56%, 76.34%, and 96.74% respectively. The 18S rRNA gene analysis of the community revealed the presence of Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus as the dominant microalgae. In addition, 16S rRNA gene analysis demonstrated that Rhodobacter, Luteimonas, Porphyrobacter, Agrobacterium, and Thauera were present along with the microalgae. From these results, it is concluded that microalgae could be used to effectively treat municipal wastewater without aerobic treatment, which incurs additional energy costs. In addition, municipal wastewater shall also serve as an excellent carbon and nitrogen source for microalgal growth. Moreover, the microalgal biomass shall be utilized for commercial purposes.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도시하수처리
도시하수처리란 무엇인가?
하수 중에 고형물 또는 용해 되어 있는 오염물질을 제거하는 것

특히 산업·축산폐수 및 도시하수로 인한 수질오염 문제가 심각해지고 있으며 하수처리를 통한 수질정화의 필요성이 높아지고 있다. 도시하수처리는 하수 중에 고형물 또는 용해 되어 있는 오염물질을 제거하는 것이며 하수가 처리되지 않은 상태로 하천이나 호수, 바다 등에 방류되면 부패에 의한 산소의 감소, 수중생물의 폐사, 부식성 찌꺼기의 퇴적 등을 초래하여 수질을 악화시킨다. 특히 하수 중의 질소와 인 성분은 하천 및 호수의 부영양화를 초래한다.

미세조류를 이용한 처리 공정
미세조류를 이용한 처리 공정이 하수처리공법이 적용·시도되고 있는데, 이때 미세조류는 어떤 역할을 하는가?
하수처리에 이용되는 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소 등을 이용하여 하수 내의 유기물과 질소, 인 성분을 흡수하여 성장할 수 있기 때문에 환경오염물질을 제거함과 동시에 유용한 바이오매스를 생산할 수 있다

, 2000; Rectenwald, 2000). 하수처리에 이용되는 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소 등을 이용하여 하수 내의 유기물과 질소, 인 성분을 흡수하여 성장할 수 있기 때문에 환경오염물질을 제거함과 동시에 유용한 바이오매스를 생산할 수 있다 (Wilkiea and Mulbry, 2002). 하수처리 과정에서 생산되는 미세조류는 단백질 함량이 높아 고단백 가축사료와 어류의 먹이로도 활용할 수 있다(Soeder, 1980).

막분리 (membrane bioreactor) 공법
막분리 (membrane bioreactor) 공법의 장점은 무엇인가?
2차 침전 및 여과 소독공정이 불필요하고 짧은 체류시간으로 인해 부지면적이 작으며, 고농도 MLSS 유지 및 높은 SS 제거율과 기존 활성슬러지법에 비해 슬러지 발생량이 작은 장점이 있다

, 2009). 막분리 (membrane bioreactor) 공법은 2차 침전 및 여과 소독공정이 불필요하고 짧은 체류시간으로 인해 부지면적이 작으며, 고농도 MLSS 유지 및 높은 SS 제거율과 기존 활성슬러지법에 비해 슬러지 발생량이 작은 장점이 있다(Gander et al., 2000; Melin et al.

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참고문헌 (43)

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