미세조류 배양을 위한 가축분뇨 내의 질소원별 제거 특성 및 오존산화 전처리 연구 :

채아나

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자료유형: 학위논문

저자정보: 채아나 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 김형주

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

미세조류에 의한 가축분료 처리 시 질소원 조건이 배양 및 FAME 함량에 미치는 영향

채아나 , 송경근 , 김형주 대한환경공학회 학술발표논문집 2015.10 학술대회자료

미세조류 배양을 위한 가축분뇨 내의 질소원별 제거 특성 및 오존산화 전처리 연구

채아나 생물공학 2015.01 학위논문

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가축 분뇨는 고농도의 질소, 인 및 유기물질을 함유하고 있는 폐수로서 오염도가 높을뿐더러 부영양화 또한 문제가 된다. 본 연구에서는 혐기소화 처리된 가축분뇨에 미세조류를 적용시킴으로써 높은 농도의 질소와 인을 제거하는 연구를 수행하였다. 인공배지를 이용하여 3가지 질소원 NH4-N, NO2-N, NO3-N이 각각 미세조류의 성장 및 질소와 인 제거에 미치는 특성을 알아보고 이를 바탕으로 실폐수에 적용하여 얻은 바이오 매스를 통해 바이오 디젤화 가능성에 대하여 알아보았다. 미세조류는 단백질과 인 지질의 합성을 위하여 필요로 하는 폐수 내의 ammonium을 섭취한 후에 nitrate를 섭취한다. 인공 배지에서 배양하였을 때 nitrite는 미세조류가 생장하는데 악영향을 미쳤다. 따라서 실폐수를 오존산화 처리하여 폐수 내에 존재하는 nitrite를 질산화를 통하여 nitrate로 전환하고 탈색 후 배양을 진행 하였다. 인공배지에서의 질소와 인의 제거속도는 대부분 배양 초반에 빨랐으며 300ppm이하의 농도에서 자란 조류들은 배양 기간 9일 동안에 90% 이상의 질소를 섭취하였고, 인은 거의 100%의 제거율을 보였다. 인공배지에서 배양한 미세조류의 지방산 분석 결과, 성장이 가장 느리고 바이오 매스 또한 낮았던 A. obliquus의 지질 함량이 가장 높았으며 이는 적은 양의 질소와 인을 섭취함에 따라 스스로 세포 내에 지질을 축적한 결과로 보였다. 질소와 인 제거에 가장 효율적인 미세조류 종은 S. quadricauda와 A. obliquus였다. 이 두 종을 가축분뇨 혐기 소화액과 오존산화 처리 된 폐수에 배양을 하였다. 그 결과 A. obliquus의 바이오 매스가 많았으며 S. quadricauda의 2배 이상의 높은 성장률을 보였다. 높은 바이오 매스로 인하여 A.obliquus의 지방산 생산성은 높았고 이는 지방산 함량이 적다 할지라도 바이오 매스 증대 방안에 따라 생산성을 높일 수 있다는 것을 보여주었다. 또한 두 미세조류 종 모두 가축분뇨 혐기 소화액과 오존산화 처리된 폐수의 바이오 매스는 4배 차이를 보였다. 이는 높은 색도가 광합성 작용하는데 악영향을 미친다는 것을 보여주었다. 따라서 본 연구 결과 오존산화처리를 통해 미세조류를 가축분뇨에 적용 가능하고 특히 A. obliquus가 실폐수에 가장 적응성이 우수하며 지방산 함량 또한 높다는 것을 확인하였다.

Livestock wastewater has a high pollution load due to the concentrated organics content. The choice of an appropriate treatment system is not easy and there is no fixed standard treatment process because of the versatile waste characteristics and compositions are very versatile. In the study, performed a study removal of high concentrations of nitrogen and phosphorus was used for microalgae from MBR effluent of anaerobic digested livestock wastewater was performed. NH4-N, NO2-N, NO3-N were used as nitrogen source for the growth of microalgae and FAME composition. Uptake of NH4 by microalgae from the wastewater for the synthesis of protein and lipid was studied. Nitrite is not a good nitrogen source for microalgae growth. So, I performed ozone oxidation of anaerobic digestion water was carried out for removal color and nitrification. Nitrogen and phosphorous removal rate is faster in the early stage of culture. If nitrogen concentration was increased removal of its proportion was decreased. Microalgae grown in a concentration of less than 300ppm was consumed during the culture period of at least 90% nitrogen at 9day. And phosphorus removal rate is nearly 100%. Even though the growth of A. obliquus was the slowest among other species, the lipid productivity was the highest. Accumulation of lipid in the cell bodies was resulted from the consumption of small amount of nitrogen by the cell itself. The most efficient microalgae species on nitrogen and phosphorus removal were S. quadricauda and A. obliquus. These two species were cultivated on livestock manure anaerobic digestive wastewater and ozone oxidation treatment wastewater. The result shows that the biomass of A. obliquus was higher than the twice that of S. quadricadua due to the high fatty acid productivity of A. obliquus. It shows even though fatty acid content was less, microalgae can increase fatty acid productivity depending on the ways to increase biomass. In addition, the biomass of ozone oxidation treatment wastewater was four times higher than that of livestock manure anaerobic digestive wastewater in s. quadricauda and A. obliquus. It shows that a high chromaticity was not good factor in photosynthesis. Therefore, the result in the study shows that wastewater obtained from the actual wastewater treated ozone oxidation is best suited for microalgae cultivation A. obliquus. And A.obliquus could especially in producing of the higher fatty acid.

#미세조류 #가축분뇨 #오존산화 #폐수 #질소 #제거

제1장 서론 1
제1절 미세조류 4
제2절 미세조류 대량 배양 6
제3절 미세조류를 이용한 이용한 폐수처리 7
제4절 지방산 (FAME) 바이오 디젤 품질 평가 9
제2장 실험 재료 및 방법 11
제1절 실험 재료 11
1. 조류 11
2. 배양 13
3. 광생물반응기 (Photo Bio Reactor, PBR) 14
4. 오존산화반응 (Ozone Oxidation) 15
제2절 실험 방법 16
1. 인공배지를 이용한 미세조류 배양 16
2. 오존산화 폐수를 이용한 미세조류 배양 17
3. 미세조류 성장 및 수질 분석 18
4. FAME 분석 20
제3장 연구 결과 및 분석 21
제1절 질소원에 질소원에 따른 성장 및 제거 특성 21
1. 인공배지를 인공배지를 이용한 미세조류 배양 21
2. 오존산화 폐수를 이용한 미세조류 배양 42
제2절 FAME(Fatty Acid Methyl Ester) 분석 51
1. 인공배지를 인공배지를 이용한 미세조류 배양 51
2. 오존산화 폐수를 폐수를 이용한 미세조류 배양 52
제4장 결론 53
참고문헌 55
국문초록 60

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