초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
현재 음식물류 폐기물 탈리액(음폐수)의 육상처리 방안이 요구되는 상황으로 그에 대한 개발과, 수처리 이후 발생한 잉여 조류의 Bio-H₂, Bio-fuel 및 M-RDF와 같은 재생 에너지화를 통해 "바이오 재생 에너지 회수형 음폐수 처리 시스템"을 아래 요소기술에 기반해 3년간 연차별로 순차적으로 개발

● 최적의 Halophilic Hydrogen Producing Bacteria(H-HPB)의 분리배양 및 수소 생성능 검증 및 극대화
● H-HPB EBM (E

□ 연구의 목적 및 내용
현재 음식물류 폐기물 탈리액(음폐수)의 육상처리 방안이 요구되는 상황으로 그에 대한 개발과, 수처리 이후 발생한 잉여 조류의 Bio-H₂, Bio-fuel 및 M-RDF와 같은 재생 에너지화를 통해 "바이오 재생 에너지 회수형 음폐수 처리 시스템"을 아래 요소기술에 기반해 3년간 연차별로 순차적으로 개발

● 최적의 Halophilic Hydrogen Producing Bacteria(H-HPB)의 분리배양 및 수소 생성능 검증 및 극대화
● H-HPB EBM (Encapsulated Biomedia) 개발 통한 Bio-H₂ Dark fermentation system 의 Up-grade
● 음폐수의 2단계 고도처리를 위한 Halophilic Mixotrophic Microalgae (HMM) 의 고도처리능 검증 및 극대화
● 적정 Harvesting 기술을 적용한 EXCESS-HMM 로부터의 M-RDF 제조 및 대체연료로서의 성능평가
● 음폐수의 고도정화와 재생에너지 생산 및 Zero Waste화가 구현된 음폐수 최적처리 시스템 개발

□ 연구결과
< 1차년도 > “음폐수로부터 고효율 수소 (Bio-H₂) 생산이 가능한 Dark-fermentation 핵심기술 확보”
(1) 호염성 수소생성 미생물 (Halophilic-HPB) 의 분리/배양기술 개발
- 반고체배양법을 이용한 절대혐기성미생물(HPB)의 분리배양 및 계통분석을 통한 phylogenetic tree 작성
- 고염도에서도 높은 생성량을 보였으며, 다른 박테리아와 비교하여 수소생성량이 우수
(2) 음폐수 처리효율 증대를 위한 포괄고정담체 (EBM) 제조 원천기술 개발
- 초기 담체 주입으로 수소생성물을 다량 안정적으로 유지 가능함.
- 낮은 OLR과 고염분에서의 수소 생산 시에도, 적합 HHPB를 분리적용하면 기존 수준이상의 수소생산 가능

< 2차년도 > “Halophilic Mixotrophic Microalgae (HMM) Co-culture에 의한 Synergetic mechanism 규명”
(1) 고효율 음폐수 처리에 적용 가능한 HMM 분리배양 및 선정
- Autotrophic / Heterotrophic 동시대사가 가능한 HMM 가운데, 음폐수와 같은 고부하 폐수에 적응성이 강하며 doubling time이 짧아 성장률이 높은 C.vulgaris를 최적 종으로 선정 및 분리, 대사특성 규명
- Mixotrophic metabolism 대사시의 무기탄소와 유기탄소의 기여도 및 상관기작 해석 및 규명
- 고부하 음폐수의 특징인 free ammonia 독성 및 그에 대한 C.vulgaris 적용 평가
(2) 적정 박테리아와의 co-culture 로 고도처리능을 극대화한 독창적 시스템 연구
- Co-culture Bacteria / Microalgae로 인한 음폐수 소화액 고도처리에 타당성 및 우수성 검증

< 3차년도 > “지속 가능한 M-RDF 에너지 생산형 음폐수 고도처리 핵심기술개발”
(1) EMM에 의한 Bio-fuel 생산을 위한 Harvesting 공정개발
- Bio-fuel 생산을 위한 요소기술로 Harvesting 공정에 대한 분석 및 전기응집 회수 기술 개발
(2) EMM Residues를 이용한 M-RDF (Microalgae-Refuse Derived Fuel) 제조, 성능평가 및 공정개선
- 기존에 필수적이던 선별공정과 파쇄공정 없이, pellet 형태의 M-RDF 제조 및 에너지화 가능성 도출
(3) 데이터 기반 모델링을 통한 음폐수 처리/재생에너지 생산 시스템 최적화
- 시스템 공정에 대한 RSM 기법을 통한 최적기술의 시스템 최적화
- 음폐수로부터 재생 에너지 생산효율과 고도처리 효율을 극대화시키기 위한 최적 운전조건 도출
- 시스템 내 미세조류 활성 평가 툴로써, FACS 및 P&R analyzer 이용방법 확보 및 testing 완료

□ 연구결과의 활용계획
- HPB를 분리배양, EBM 담체를 개발하여 수소생산에의 활용 가능성 확보
- 고부하 음폐수 처리시 최적 종 C.vulgaris를 분리 및 음폐수 특성에 맞는 적용 가능성 평가 결과 확보
- Co-culture 연구는 실제 폐수 처리시 박테리아와 미세조류의 공존 상황에서 유용하게 활용 가능
- 전기응집 기술을 이용하여 미세조류의 bio-fuel화를 위한 회수 과정에서는 높은 효율과 경제성을 기대할 수 있을 것으로 예상됨
- Microalgae를 이용한 RDF 고형 연료 생산은 그 가능성을 확보하였으며, 추가 연구를 위한 기초 자료로 활용 가능할 것으로 판단
- 박테리아 및 미세조류의 활성 평가 툴을 확보하여 시스템 내 운전 평가

( 출처 : 요약문 5p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The purpose of this study was to develop “Food wastewater treatment system for Bio-renewable energy recovery” that has feasibility in both organics reduction and Zero Wastes via renewable energy production.
● Isolation and cultivation of optimal HHPB and evaluation/maximiz

□ Purpose&contents
The purpose of this study was to develop “Food wastewater treatment system for Bio-renewable energy recovery” that has feasibility in both organics reduction and Zero Wastes via renewable energy production.
● Isolation and cultivation of optimal HHPB and evaluation/maximization of Bio-H₂ production
● Up-grade of Bio-H₂ Dark fermentation system via development of HHPB EBM(encapsulated biomedia)
● Evaluation and maximization of advanced treatment capacity of HMM for 2^nd-step advanced treatment
● MA-RDF manufacture and evaluation as an alternative fuel using Excess HMM with harvesting technology
● Development of Optimal Food Wastewater Treatment System for Advanced Treatment of Food Wastewater, Renewable Energy Production and Zero-Wastes

□ Result
< 1^st year > “Development of Dark-fermentation core technology of high-effective hydrogen producible from food wastewater”
(1) Developement of Isolation/cultivation technology for Halophilic-hydrogen production bacteria (HPB)
- Draw out the phylogenetic tree of obligate anaerobe by using isolation culture and cladistic analysis in semisolid culture
- Compare with other microbe, hydrogen production amount is much more higher, and also has high production amount in high salinity
(2) Development of encapsulated biomedia manufacturing technology for increase waste water treatment efficiency
- Media injection in intial phase allows that maintain hydrogen product material in stablity
- By isolation applying of suitable HHPB, able to exceed existing hydrogen production level even in low OLR and high salinity

< 2^nd year > “Investigate of synergetic mechanism by Co-culture with Halophilic Mixotrophic Microalgae”
(1) Selection and isolation culture of HMM for high efficiency food wastewater treatment
- Among HMM, select C. vulgaris as optimal species that has high adaptability in high load wastewater and has short doubling time, high growth rate
- Investigation of contribution and relation of organic carbon and inorganic carbon in Mixotrophic metabolism
- Evaluate the toxicity of free ammonia that property of food wastewater and investigate C. vulgaris adaptation capacity
(2) research about inventive-system that maximize advanced wastewater treatment ability by co-culture with suitable bacteria
- Verification of validity and superiority of advanced food wastewater treatment by co-culture of bacteria and microalgae

< 3^rd year > “Development of sustainable energy produce type food wastewater treatment core technology”
(1) Development of Harvesting process for Bio-fuel production by EMM
- As factor technology for Bio-fuel production, analysis Harvesting process and develop the electro-coagulation harvesting technology
(2) Manufacturing of M-RDF by EMM Residues, upgrade and performance evaluation of process
- Without sorting and fragmentation process, draw out the possibility of pellet-shape M-RDF manufacturing and energyzation
(3) Optimization of food wastewater treatment/renewable energy produce system by modeling based on data
- Optimization of optimum technology system by RSM method about system process
- Draw out the optimum operating condition for maximize renewable energy produce and advanced treatement efficiency
- As a evaluation tool about microalgae activity, draw out the FACS and P&R analyzer usage manual

□ Expected Contribution
- Production H₂ : Halophilic-HPB isolation culture and development of EBM
- Isolation of Optimal species(C.vulgaris) and assessment of applicability in wastewater treatment
- The study of regarding Co-culture of bacteria and algae can be used in wastewater treatment
- High efficiency and economics by electro-coagulation system in recovery of microalgae
- Microalgae-RDF can be made and used in producing bio-fuel energy
- The evaluation of bacteria and microalgae activity tested and microorganism activity in system can be monitored

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 71 5. 연구결과의 활용계획 ... 74 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 74 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 76 8. 참고문헌 ... 76 9. 연구성과 ... 78 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 78 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 78 12. 기타사항 ... 78별첨1 ... 79끝페이지 ... 88