초록 ▼

- 가축분뇨로부터 에너지화 및 자원화 가능한 결정화-생물전기화학적 시스템(Crystal-BES)+스택미생물연료전지(stacked-MFC)+광반응조(PBR) 융합 시스템 개발 및 성능평가 진행
- 5L 규모의 중첩형 미생물연료전지 스택 개발
- 미생물연료전지 스택으로 전기화학적 성능 확인
- 미생물연료전지 연속 운전시 최적의 유기물 부하와 수리학적 체류시간 조건에 따른 전기화학적 성능과 폐수 처리능 파악
- 가축분뇨로부터 struvite 회수 및 전기에너지 동시 생산이 가능한 Crystal-BES 개발
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- 가축분뇨로부터 에너지화 및 자원화 가능한 결정화-생물전기화학적 시스템(Crystal-BES)+스택미생물연료전지(stacked-MFC)+광반응조(PBR) 융합 시스템 개발 및 성능평가 진행
- 5L 규모의 중첩형 미생물연료전지 스택 개발
- 미생물연료전지 스택으로 전기화학적 성능 확인
- 미생물연료전지 연속 운전시 최적의 유기물 부하와 수리학적 체류시간 조건에 따른 전기화학적 성능과 폐수 처리능 파악
- 가축분뇨로부터 struvite 회수 및 전기에너지 동시 생산이 가능한 Crystal-BES 개발
- 개발된 MFC 기술을 바탕으로 리터규모의 Crystal-BES를 제작 및 성능 확인
- Crystal-BES와 미생물연료전지와의 연계공정을 통한 전기에너지 생산과 수처리 능력 및 struvite 결정 확인
- Crystal-BES+stacked-MFC 유출수를 대상으로 한 적정 미세조류 선정
- 연속실험 기반 Crystal-BES 유출수 대상 최적 미세조류의 성능 평가
- 축산폐수기반으로 생성된 미세조류 바이오매스의 바이오연료원으로서의 타당성 평가 및 FAME 성분 추출 및 분석
- 3 in 1(crystal-BES+stacked-MFC+PBR) 융합시스템의 축산폐수 처리 성능 평가(방류수 수질 기준 50% 이내 유출수 품질 확보)

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
Development of 3-in-1 (crystal-BES + stacked-MFC + PBR) refinery through fusion technical of bioelectrochemical and photosynthetic processes for simultaneous energy generation and resource recovery from livestock wastewater
- Construction and optimization of microbial fuel cel

Purpose&Contents
Development of 3-in-1 (crystal-BES + stacked-MFC + PBR) refinery through fusion technical of bioelectrochemical and photosynthetic processes for simultaneous energy generation and resource recovery from livestock wastewater
- Construction and optimization of microbial fuel cell (MFC) stack system (Task 1)
- Development of crystallization-bioelectrochemical system (BES) for simultaneous recovery of energy and useful resources using livestock manure (Task 2)
- Optimization of productivity to secure effluent satisfying water quality standards of effluent water of sewage treatment plant using photobioreactor (PBR) (Task 3)

Results
- Development and performance evaluation of 3-in-1 crystallization-bioelectrochemical system (crystal-BES) + stacked microbial fuel cell (stacked-MFC) + photobioreactor (PBR) fusion system for simultaneous energy generation and resource recovery from livestock wastewater

< Task 1 >
- Development of 5L stacked-MFC
- Understanding of prevention of voltage reversal phenomenon frequently occurred in series-connected MFCs
- Confirmation of electrochemical performance of stacked-MFCs (14 units)
· Verifying the open circuit voltage (11.1 V) and closed circuit voltage outputs (5.82 V) at maximum power production point after series connection of MFCs
· Production of maximum current (33.2mA) or maximum current density (47.5A/m³) and current generation of 18.8 mA (29.8A/m³ of maximum current density) at maximum power production point after parallel connection of MFCs
- Understanding of electrochemical performance and wastewater treatment ability according to optimal organic loading rates and hydraulic retention time conditions during continuous operation of MFC
· Increase of electrochemical performance with increasing organic load rate at constant ammonia concentration (increase of electric power 48% and current 80% even if organic matter load 11 times higher), about 80% of organic removal efficiency
· Confirmation of optimum hydraulic retention time (4 days) considering the organic removal efficiency and power generation (70% of organic removal efficiency, 4.63 W/m³ of maximum power density, 22.2 A/m³ of maximum current density)

< Task 2, First Cooperation >
- Development of crystal-BES for simultaneous recovery of struvite and electrical energy generation from livestock wastewater
· Development of porous ceramic membrane based MFC (C_MFC)
- Construction and operation of L-scale crystal-BES
· Achivement of COD removal (65%) and COD removal efficiency (99%)
· Production of power (2.39 mW) and current (6.90 mA) by MFC operation using effluent of L scale crystal-BES L-scale crystal BES
- Confirmation of simultaneous electric energy production and wastewater treatment through connected process between crystal-BES and MFC

< Task 3, Second Cooperation >
- Selection of optimal microalgae using effluent of crystal-BES+ stacked-MFC system
- Evaluation of optimal microalgae in continuous operation using effluent of Crystal-BES+stacked MFCs
- Feasibility evaluation of produced microalgae biomass as a biofuels from livestock wastewater and FAME extraction and analysis
- Evaluation of livestock wastewater treatment performance of 3 in 1 (crystal-BES + stacked-MFC + PBR) fusion system (Ensuring the effluent quality within 50% of the effluent water quality standard of the sewage wastewater treatment facility)

Expected Contribution
- Development of suitable domestic livestock wastewater energy and resource recovery system
- Expectation of securing economic efficiency of livestock farming through livestock wastewater to energy/resource conversion
- Establishing a leading technology that can contribute to new and renewable energy production and climate change response
- Expecting alternative energy production substituting fossil fuel
- Supporting relevant industry with professional manpower
- Securing royalties and intellectual property rights through patent acquisition and article publication

(출처 : Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• Summary ... 6
• 목차 ... 8
• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 9
• 제1절 연구 개발 목적 ... 9
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 11
• 제3절 연구 개발 범위 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제1절 국내 기술 개발 현황 ... 15
• 제2절 국외 기술 개발 현황 ... 17
• 제3절 본 연구결과의 기술적 수준 ... 20
• 제4절 연구개발목표 ... 21
• 제 3 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 23
• 제1절 연구수행 방법 및 결과 ... 23
• 제2절 연구수행 내용 및 주요결과 ... 25
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 139
• 제1절 목표대비 달성도 ... 139
• 제2절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 140
• 제 5 장 연구 결과의 활용계획 ... 141
• 제 6 장 연구 과정에서 수집한 해외과학 기술정보 ... 143
• 제 7 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 145
• 제 8 장 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 145
• 제 9 장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 146
• 제 10 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 152
• 제 11 장 기타사항 ... 154
• 제 12 장 참고문헌 ... 155
• 끝페이지 ... 160