보고서 정보
주관연구기관 |
가톨릭관동대학교 |
연구책임자 |
최희정
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700015014 |
과제고유번호 |
1711024397 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-11-25
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키워드 |
미세조류.바이오디젤.미세조류 멤브레인 반응기.하폐수처리.영양염류 제거.Microalgae.Microalgae.Microalgae membrane reactor.Wastewater treatment.Nutrient removal.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700015014 |
초록
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구개발은 생물학적인 하‧폐수처리를 안정적으로 처리하고, 처리 효율을 증가시킨 후 그 공정을 통해 성장된 미세조류를 이용하여 바이오 디젤을 생산하는 MBR 공정에 미세조류의 공정을 연계한 MMBR (Microalgae Membrane Bioreactor) 공정을 개발하고자 한다. 1차 년도에는 OPPBR 공정의 최적화 (OPPBR 의 초기 미세조류 농도, 도광판의 간격, 도광판의 두께, 광세기 등)와 MBR 공정의 설계 및 영향인자를 분석 (MLSS, Flow rate, HRT, DO 등) 하여 하
□ 연구의 목적 및 내용
본 연구개발은 생물학적인 하‧폐수처리를 안정적으로 처리하고, 처리 효율을 증가시킨 후 그 공정을 통해 성장된 미세조류를 이용하여 바이오 디젤을 생산하는 MBR 공정에 미세조류의 공정을 연계한 MMBR (Microalgae Membrane Bioreactor) 공정을 개발하고자 한다. 1차 년도에는 OPPBR 공정의 최적화 (OPPBR 의 초기 미세조류 농도, 도광판의 간격, 도광판의 두께, 광세기 등)와 MBR 공정의 설계 및 영향인자를 분석 (MLSS, Flow rate, HRT, DO 등) 하여 하‧폐수 처리용 최적의 MBR 설계 및 OPPBR 제작할 계획이며, 2차 년도에는 1차년도에 설계 제작한 MBR과 OPPBR을 연결한 MMBR 설계 및 제작할 계획이다. 아울러 2차 년도에는 실 폐수처리에 적합한 미세조류 선정, 최적미세조류의 혼합비율 및 매개 변수 평가(pH, 온도, 광세기, 공기 주입량, 이산화탄소 농도 등), MMBR 공정의 영향인자 조사 (pH, C:N:P의 비율, SRT, 온도 등), MMBR 공정의 최적화 (MLSS, Flow rate, HRT, DO 등)등의 연구를 할 계획이며, 3차 년도에는 2차 년도에 설계, 제작한 MMBR을 실 폐수에 적용하여 (일반하수 및 RO 농축수) 적용하여 영양염류 제거율을 테스트하고, MMBR 공정을 통해 증식된 미세조류를 이용하여 바이오디젤 생산을 할 계획이다. 또한 바이오디젤을 생산량을 최대화하기 위해 습식법, 건식법 등 다양한 방법을 실험할 계획이다.
□ 연구결과
본 연구 결과
- 미세조류 반응기에 광을 균일하게 분포할 수 있는 OP(optical panel)을 설계 제작하였으며 OPPBR을 이용하여 미세조류의 대량 증식과 최적 조건을 도출하였다.
- 또한 OPPBR과 MBR을 결합한 미세조류 멤브레인 반응기 (MMBR)를 개발하여 하폐수의 특성에 맞는 운전조건을 실험하였으며, 개발된 반응기를 현장적용하여 일반하수, 염색 공장폐수, 우유공장폐수, 광산폐수, 김치공장폐수, 중금속폐수 등을 처리하여 영양염류와 유해물질, 중금속의 처리효율을 90%이상까지 향상시켜, 처리공정을 안정화 하였다.
- MMBR공정 후에 생산된 부산물인 미세조류를 이용하여 바이오오일을 생산하였으며, 보다 많은 바이오오일 생산을 위하여 종의 선별 및 최적조건을 개선하였다.
- 정량적인 최종 성과는 다음과 같다. SCI (16편), Scorpus (2편), 국내논문 (24편), 특허 출원 (14건), 특허 등록 (4건), 국내 논문 발표 (25건), 국외논문발표 (21건), 인력양성 (석사 1명)을 하였다.
□ 연구결과의 활용계획
본 연구개발을 통해 개발된 MMBR (Microalgae Membrane Bioreactor)은 균체의 성장속도가 빠르고, 균체의 성장수율이 높고, 오염으로 인한 미세조류 생물량 및 종의 불안정성, 영양원의 불균등 분포 등의 문제점을 해결할 수 있어 다른 반응기(판형반응기) 들에 비해 높은 바이오매스를 생산할 수 있으며, 하폐수를 동시에 처리할 수 있다. MMBR을 현장 적용 결과 일반폐수 및 산업용폐수도 안정적으로 처리할 수 있어 하폐수처리장에 투입할 계획이며, 또한 하수처리 공정 후에 발생되는 부산물을 이용하여 바이오디젤 및 바이오 에탄올을 생산할 수 있어 일거양득이다. 이 분야는 다양한 학문분야와 연계되어 있어서 BT, ET, NT, IT 등의 융합연구에 의해 기술개발의 시너지 효과를 창출할 수 있다고 사료된다.
(출처:요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose& contents
The aim of this project is development of Microalgae Membrane Bioreactor (MMBR) for nutrient removal and product of biooil in the wastewater.
The first year is produced optimal MBR and OPPBR to removal of wastewater
- Optimization of OPPBR process : initial microalgae co
□ Purpose& contents
The aim of this project is development of Microalgae Membrane Bioreactor (MMBR) for nutrient removal and product of biooil in the wastewater.
The first year is produced optimal MBR and OPPBR to removal of wastewater
- Optimization of OPPBR process : initial microalgae concentration, distance of OPPB R, thickness of OPPBR and light intensity)
- Analyzing of influence factor for MBR : MLSS, Flow rate HRT, DO etc.
The second year is designed MMBR using first produced MBR and OPPBR
- Selection of microalgae to treat wastewater
- Optimal microalgae concentration, T, light intensity, air and CO₂ flow rate etc.
- Analyzing of influence factor for MMBR : pH, C:N:P ratio, SRT, T, MLSS, Flow ra te, HRT, DO etc.
The third year developed microalgae membrane bioreactor (MMBR) for nutrient removal and product of biooil in the real wastewater. It also plans to experiment with various methods such as wet or dry process to maximize the production of biodiesel.
□ Result
The project resulted as follows :
- Production of designed OP (optical panel) for light uniformity, development of OPPBR (Optical Panel Photobioreactor) with OP and optimized OPPBR for mass cultivation of microalgae.
- In addition, we developed a microalgae membrane reactor (MMBR) combines OPPBR and MBR experiment with the operating conditions for the characteristics of the wastewater. MMBR applied in the various wastewater treatment, such dyeing wastewater, AMD, dairy wastewater, industrial wastewater, Kimchi wastewater etc. The results indicated that removal efficiency was found to be upto 90% by MMBR in the various wastewater.
- Using a by-product of wastewater treatment by MMBR process produced biooil and to provide optimal conditions for the more bio-oil production.
Quantitative final result in 3 years is as follows: SCI (16), Scorpus (2), KCI(24), patent (14), patent registration (4), Proceedings (domestic (25) and foreign (21), Award (3), master degrees (1).
□ Expected Contribution
The present study developed MMBR (Microalgae Membrane Bioreactor) has several advantages; saving of the external carbon source cost, fast and high growth rate, high biomass compared to other reactor(plate type reactor) and after wastewater treatment process can yield biomass. MMBR can applied by various wastewater treatment. Using by-product biodiesel, bioethanol and biohydrogen can produce. This research area is thought that there could be synergies in the technology developed by the fusion research of BT, ET, NT, IT, etc. in conjunction with a variety of disciplines.
(출처:SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 33
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 35
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 36
- 7. 참고문헌 ... 37
- 8. 연구성과 ... 38
- 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 49
- 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 49
- 11. 기타사항 ... 50
- 끝페이지 ... 50
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