초록 ▼

∘ 미세조류를 이용한 하폐수고도처리 연속운전시스템의 적용가능성 평가
- Autotrophic 미세조류인 S. dimorphus를 이용한 하폐수고도처리 연속운전 시스템의 실제 적용 가능성 평가를 위해 약 80일간 장기 운전하였으며, 하루에 5 L씩 유입되는 인공하수 (NH₄-N 10mg/L, NO₃-N 30mg/L, PO₄ -P 5mg/L)를 HRT 3.7일, SRT 5일로 하여 plate-PBR에서 500 mg/L의 S. dimorphus로 처리하였다. 그 결과, NH

∘ 미세조류를 이용한 하폐수고도처리 연속운전시스템의 적용가능성 평가
- Autotrophic 미세조류인 S. dimorphus를 이용한 하폐수고도처리 연속운전 시스템의 실제 적용 가능성 평가를 위해 약 80일간 장기 운전하였으며, 하루에 5 L씩 유입되는 인공하수 (NH₄-N 10mg/L, NO₃-N 30mg/L, PO₄ -P 5mg/L)를 HRT 3.7일, SRT 5일로 하여 plate-PBR에서 500 mg/L의 S. dimorphus로 처리하였다. 그 결과, NH₄-N 100%, NO₃-N 70%, PO₄ -P 50%의 제거율을 얻었으나, PO₄-P는 미세조류 응집을 위한 전기응집 반응조에서 알루미늄과 함께 응집되어 최종 유출수에서는 100%의 제거율을 얻을 수 있었다.
- 최종 유출수에서 NO₃-N이 약 10 mg/L 정도 검출되고 있으나, 하수처리장 방류수 수질기준 (1일 하수처리장 용량 500 ㎥ 이상, I 지역, T-N 20 mg/L이하, T-P 0.2 mg/L) 은 충분히 만족하는 것으로 판단된다.
∘ Photo-bioreactor (PBR) 연속운전에 따른 질소, 인 제거
-미세조류의 wash out 방지 및 반응기 내 미세조류 농도를 고농도로 유지하기 위해담체를 적용할 경우, 고정형 보다는 유동형 형태로 적용하는 것이 미세조류를 이용한 하폐수내 질소, 인 제거에 효율적이었다. 본 연구에서 목표로 삶았던 HRT 1 day에서 방류수수질기준(1일 하수처리장 용량 500 ㎥ 이하, IV 지역, T-N 20 mg/L 이하, T-P 2 mg/L)을 만족하였음.
∘ 미세조류의 대량배양을 위한 운전조건 최적화 및 장기연속운전 가능성 평가
- 미세조류를 이용한 하폐수 고도처리시 필요한 조류 바이오매스를 지속적으로 공급하기 위한 대량배양 시스템의 최적 운전조건 도출을 위해 질소원, 광조건, 폭기량, pH, NaHCO₃ 공급 조건에 따른 S.dimorphus 의 종 특이성을 평가하였으며, 그 결과, batch mode에서 최적 운전조건 적용 여부에 따라 성장량은 약 4배 차이를 나타내었으며, 이를 통해서 대량배양 가능성을 확인하였다.
- 인공광원으로 flexible LED를 적용할 경우, 광 조사에 필요한 소비 전략량을 bar LED에 비해 약 50% 절약할 수 있는 것으로 나타났다.
- 미세조류의 지속적인 생산을 위한 PBR 연속 운전시, 희석률 0.2 조건에서 생산성이 가장 높게 평가되었으며, HRT를 5일로 유지할 경우 안정적으로 배양이 가능한 것으로 나타났다.
∘ 전기응집반응을 이용한 미세조류 회수 기술
-미세조류 수확을 위한 비용은 전체 비용의 약 20∼30% 정도로 많은 부분을 차지하고 있어, 경제적인 미세조류 수확 방안이 필요하다. 따라서 본 연구는 미세조류 회수방안중 전기응집반응을 이용하여 미세조류와 응집시 최적조건 도출을 위한 실험결과로 교반을 해준 조건, 교반속도는 100 rpm, 알루미늄 전극을 사용하고, 초기 pH는 5, 최적 전류는 0.15 A로 나타났으며, 이를 전류밀도로 변환하면 15 A/㎡조건이 최적조건으로 도출되었다.
-반응표면법(RSM)법을 적용하여 전기응집반응을 이용하여 미세조류 응집 시 최적조건을 도출한 실험결과 최적조건은 광범위하게 나타났으며, 전기응집 반응을 이용하여 미세조류 응집 시에 넓은 pH 범위에서 응집이 가능하며, 미세조류 배양 후 배양액의 pH에 따라 따로 pH 조절이 필요 없이 전류밀도의 변화만으로도 원하는 응집범위를 선택하여 응집효율을 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Estimation for appling of continuous wastewater treatment system using microalgae.
◦ In our wastewater treatment system, HRT was 3.7 day, SRT was 5 day and MLSS of S. dimorphus in Plate-PBR was 500 mg/L. After treating artificial wastewater (Q = 5 L/day) using that continuous mic

Ⅳ. Results
1. Estimation for appling of continuous wastewater treatment system using microalgae.
◦ In our wastewater treatment system, HRT was 3.7 day, SRT was 5 day and MLSS of S. dimorphus in Plate-PBR was 500 mg/L. After treating artificial wastewater (Q = 5 L/day) using that continuous microalgal system, we can get removal efficiency of NH₄-N 100%, NO₃-N 70%, PO₄-P 100%.
◦Final effluent quality from our continuous algal wastewater treament system satisfied effluent wastewater quality standard (Flow rate for 1 day is above 500 ㎥, I area, T-N 20 mg/L, T-P 0.2 mg/L).
◦Removal of nitrogen and phosphorus by continuous operation of Photo-bioreactor (PBR)
- When we use media, fixed media was better than flow media to remove nutrient. At 1 day of HRT, effluent wastewater quality standard (Flow rate for 1 day is below 500 ㎥, IV area, T-N 20 mg/L, T-P 2 mg/L) was satisfied.
- At 1 day of HRT, the amount of inorganic carbon that were provided from aeration was insufficient to remove nutrient when we use flow media.
3.Optimization for microalgal mass cultivation and Estimation for appling continuous microalgal mass cultivation system
◦ Choice of autotrophic microalgae
- Among many autotrophic microalgae, Scenedesmus dimorphus was chosen because S. dimorphus has outstanding removal capacity of nitrogen and phosphorus as well as has large amount of both lipid and protein which are used to bio-fuel in their cells.
◦ Investigation of species specificity and estimation of micoalgal growth according to light conditions.
- When we provide NO₃ as nitrogen source, we can get better growth rate than NH₄.
- When we mix the red and blue LED light, we can get 150% of growth amount compared to white LED, and the best L/D cycle for microalgal growth was 24(L) : 0(D).
- From 25 Hz to 12,500 Hz of light frequency, there were no significant difference of microalgal growth. But in 2,500 Hz, growth rate of microalgae was little higher than other frequency. And, as increasing light intensity from 50 to 400 μmol/㎡/sec, growth rate of microalgae increase.
- When we consider both electric power and growth rate of microalgae, the optimal aeration rate was 0.3 vvm and the optimal pH. Especially, when we find optimal pH condition, we consider auto flocculation.
◦ The result by operation of Photo-bioreactor system
- After appling optimal light intensity, aeration rate and pH, we can confirm possibility of mass cultivation system because OD significantly increased 0.1 to 2.2 during just 7 days.
- When we use Flexible LED, we can reduce electric power about 50% compared to bar LED.
◦ Estimation of possibility for continuous mass cultivation of microalgae
- When we cultivate Scenedesmus dimorphus continuously, productivity of S. dimorphus was the best at 0.2 of dilution ratio (HRT 5 day).
◦ Estimation of micoalgal growth rate according to NaHCO₃
- When we provide NaHCO₃ as inorganic carbon source, 0.5 g-C/L of NaHCO₃ was the best concentration for growth of microalgae.
4. Microalgal harvesting technology using electro-coagulation
- We can get the best harvesting efficiency when we conduct stirring as well as control stirring speed to 100 rpm, use aluminum electrode, set up pH to 5 and set up electric current to 0.15 A (electric current density 15 A/㎡).
- To find the optimal condition for harvesting, we applied Response Surface Method. After applying RSM, we can get wide optimal condition. That is, when we harvest microalgae using electro-coagulation, we can get best harvesting efficiency under the wide pH and wide electric current density.