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- 저자 : 에비 위디아닝시흐 (검색결과 1 건)
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수계로의 질소의 배출은 부영양화, 물 위기 등 환경 문제의 원인이 되고 있기 때문에, 환경중으로 배출되는 질소의 처리는 매우 중요하다. 특히, 하페수내 질소를 효과적으로 처리할 수 있는 기술이 많은 관심을 받고 있다. 미생물연료전지 (Microbial Fuel Cell; MFC)는 폐수에 포함된 유기물 및 질소와 같은 오염 물질을 제거하면서, 동시에 에너지를 회수할 수 있는 수처리 기술로 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 부피대비 전극면적 비 (electrode area to volume ratio, A/V 비)와 수리학적 체류시간(hydraulic retention time; HRT) 이 단일반응조 MFC의 유기물과 질소화합물의 제거 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해서, A/V 비가 다른 3개의 단일반응조 MFC 구축되었으며 (MFC-500: 500 m2 / m3, MFC-250: 250 m2 / m3, MFC-125: 125 m2/m3), 다양한 HRT 조건에서 (HRT 8, 6, 4, 2, 1, 0.5 시간) 운전되었다. 모든 MFC는 A/V 비율과 HRT에 관계없이 80 % 이상의 COD를 제거 할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만, MFC-500만이 짧은 HRT조건에서도 50 % 이상의 높은 총 질소(total nitrogen; TN) 제거효율을 보였지만, HRT가 감소함에 따라 MFC-250 및 MFC-125의 TN 제거 효율은 급격히 감소하였다. 특히, A/V 비율 및 HRT에 따라서, 질소화합물 제거율은 다양하게 나타났다. 따라서 A / V 비율 및 HRT와 같은 설계 및 운전인자는 MFC 성능을 결정하는 데 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 미생물 군집 분석결과, Nitrosospira, Nitrospira, Ignavibacterium, Geobacter Desulfobacterium, Terrimonas 및 Terrimonas와 같은 암모늄 산화미생물 (Ammonia oxidizing bacteria; AOB), 아질산염 산화 미생물 (Nitrite oxidizing bacteria; NOB), 탈질 미생물, 철 환원 미생물, 황산 환원 미생물, 유기물 산화 미생물 및 발효 미생물 등이 MFC에서 발견되었다. 이를 통해서, 단일반응조 MFC에서 유기물 산화, 질산화, 탈질 등의 메커니즘에 의해서 유기물과 질소가 동시 제거될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해서 MFC에서 유기물과 질소의 동시에 제거할 수 있었으며, A/V 비율과 HRT 가 효율을 결정하는 중요한 요소라는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 아직까지 명확한 질소 제거 메커니즘은 규명되지 못하였기 때문에, 이를 위한 추가적인 연구가 필요하다. Several environmental issues such as eutrophication, toxicity, water crisis and scarcity caused by discharging of organic carbon and nitrogen into water bodies becomes concerned problems recently. Organic carbon and nitrogen are main pollutant contained in wastewater. Necessity of effective technology in wastewater treatment has received a lot of attention in order to optimize recovery of resource and energy from wastewater. Microbial fuel cell (MFC) can be considered as one of energy neutral wastewater treatment technology for organic carbon and nitrogen removal. It is not only used in removal pollutant, such as organic carbon and nitrogen contained in wastewater, but also used in energy recovery from wastewater by generating electricity. Several factors such as electrode area to volume ratio (A/V ratio) and HRT that affect to MFC performance in simultaneous organic carbon and nitrogen removal was investigated in this study. Variation of A/V ratio (MFC-500 A/V ratio 500 m2/m3, MFC-250 A/V ratio 250 m2/m3, MFC-125 A/V ratio 125 m2/m3) and different HRT conditions (HRT 8, 6, 4, 2, 1, and 0.5 hours) were investigated as influencing factor in MFC performance. All MFC able to remove COD more than 80% regardless of A/V ratio and HRT. However, in nitrogen removal performance, only MFC-500 able to keep stability of high total nitrogen removal even in different HRT conditions up to more than 50% while T-N removal efficiency of MFC-250 and MFC-125 rapidly decreased as decreasing of HRT. MFC-500 also achieved high nitrification efficiency more than 80% in different HRT from 8 hours until 0.5 hours while denitrification efficiency of MFC-500 up to more than 30% in different HRT condition. MFC which have high A/V ratio (A/V ratio 500 m2/m3) and operated in long HRT such as HRT 8 hours until 4 hours showed the best performance in simultaneous COD and nitrogen removal. It assumed that A/V ratio and HRT can be considered as influencing factor for controlling oxygen diffusion rate and substrate loading rate to achieve good performance of organic carbon and nitrogen removal by MFC. Microbial community of biofilm in anode, separator, and cathode of MFC was analyzed. Biofilms were collected from three area which is anode surface that faced to bulk liquid in anode chamber as anode biofilm, anode surface that faced to separator as separator biofilm, and cathode surface that faced to separator as cathode biofilm. Analysis was performed by Next Generation Sequencing Ilumina platform with target 16S rRNA. Several ammonium oxidizing bacteria (AOB), nitrite oxidizing bacteria (NOB), denitrifying bacteria, iron reducing bacteria and sulfate reducing bacteria as exoelectrogen, and organic carbon removal bacteria such as Nitrosospira, Nitrospira, Ignavibacterium, Geobacter, Desulfobacterium, and Terrimonas were detected in MFC, respectively. It proved that combination organic carbon removal and simultaneous nitrification-denitrification are main mechanisms responsible to organic carbon and nitrogen removal process in this study. Therefore, influencing factors such as A/V ratio and HRT can be considered as important factor to optimize MFC performance. Single chamber MFC was confirmed able to remove organic and nitrogen compounds successfully in this study. It also confirmed that A/V ratio and HRT are important factors for deciding MFC performance. However, further study is needed for clarification of simultaneous organic carbon and nitrogen removal mechanisms occurred in MFC that still unclear.
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