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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 황선진
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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음식물 소비량의 증가 및 음식물류 폐기물의 분리배출 확대에 따라 음폐수 발생량은 매년 증가하고 있는 추세이다. 과거 음폐수는 대부분 해양배출에 의존하여 처리하였으나,‘런던협약’및 96의정서에 가입하면서 2013년 이후로 해양배출이 금지되었고, 이에 따라 음폐수의 육상 청정 처리 기술을 개발해야 하는 상황이다.
음폐수의 육상처리 방법 중 가장 일반적으로 채택되고 있는 형태는 혐기성 소화이나, 본 처리법의 암 발효를 거친 처리수는 여전히 고농도의 유기물, 질소, 인 등 오염물질을 함유한다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 C. vulgaris를 이용하여 음폐수 소화액 고도처리 공정의 안정적이고 효율적인 시스템을 개발하고자 하였다.
우선적으로, C. vulgaris의 음폐수 처리 적용 가능성을 평가하였다. C. vulgaris를 이용한 음폐수 소화액 처리는 다른 처리방법에 비해 비교적 높은 제거능을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 음폐수는 혐기성 소화 과정을 통해 다량의 유기산을 발생시키는데, 이 중 약 80%를 차지하는 acetate, propionate, butyrate가 C. vulgaris의 성장에 필요한 유기 탄소원으로 유효하며, 이에 따라 효율적인 NH4-N 및 PO4-P 제거가 가능하였다. 그러나 방류 수준을 만족하기 위해서는 추가적인 희석 과정을 거쳐야 하는 것으로 판단되었다.
또한, C. vulgaris 배양 시 광도가 유기산, N, P 제거에 미치는 영향을 평가하였다. 광도 50-1600 μmol/m2/s 실험 조건 내에서, 800-1200 μmol/m2/s 광도 수준에서 광포화되고, 1600 μmol/m2/s 광도에서 광 저해를 받는 것으로 나타났으며, C. vulgaris 성장에 적정 광도는 800 μmol/m2/s로 도출되었다.
C. vulgaris와 박테리아의 공배양 연구 결과로, 공배양 조건에서 C. vulgaris의 성장량 및 유기산, NH4-N의 제거속도가 더 높은 것으로 나타나, C. vulgaris와 박테리아의 공배양은 성장 및 활성에 시너지 효과가 있는 것으로 판단되었다. 추가적으로, C. vulgaris 및 박테리아의 공배양에 의해 인공 음폐수를 처리할 시, 장기간 연속 운전방법인 semi-continuous와 continuous 반응조를 비교하였으며, semi-continuous 반응조의 C. vulgaris 성장량 및 질소, 인 제거율이 더 높았다. 이에 따라 실제 처리장 적용 시 semi-continuous 반응조가 더 적합한 것으로 판단되었으며, 최적 HRT는 3 day로 도출되었다.
따라서, 본 연구에서 제시한 C. vulgaris를 이용하여 음폐수 소화액을 장기간 연속적, 안정적, 효율적으로 처리할 수 있음이 입증되었으며, 해당 공정에서 생산된 미세조류 바이오매스는 추가적으로 활용 가능 하다. 본 연구를 바탕으로 향후 실제 음폐수 소화액에 대한 C. vulgaris의 현장적용 및 처리과정에서 발생하는 미세조류 슬러지를 활용한 에너지 생산 등의 자원화가 가능할 것으로 기대된다.
음폐수의 육상처리 방법 중 가장 일반적으로 채택되고 있는 형태는 혐기성 소화이나, 본 처리법의 암 발효를 거친 처리수는 여전히 고농도의 유기물, 질소, 인 등 오염물질을 함유한다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 C. vulgaris를 이용하여 음폐수 소화액 고도처리 공정의 안정적이고 효율적인 시스템을 개발하고자 하였다.
우선적으로, C. vulgaris의 음폐수 처리 적용 가능성을 평가하였다. C. vulgaris를 이용한 음폐수 소화액 처리는 다른 처리방법에 비해 비교적 높은 제거능을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 음폐수는 혐기성 소화 과정을 통해 다량의 유기산을 발생시키는데, 이 중 약 80%를 차지하는 acetate, propionate, butyrate가 C. vulgaris의 성장에 필요한 유기 탄소원으로 유효하며, 이에 따라 효율적인 NH4-N 및 PO4-P 제거가 가능하였다. 그러나 방류 수준을 만족하기 위해서는 추가적인 희석 과정을 거쳐야 하는 것으로 판단되었다.
또한, C. vulgaris 배양 시 광도가 유기산, N, P 제거에 미치는 영향을 평가하였다. 광도 50-1600 μmol/m2/s 실험 조건 내에서, 800-1200 μmol/m2/s 광도 수준에서 광포화되고, 1600 μmol/m2/s 광도에서 광 저해를 받는 것으로 나타났으며, C. vulgaris 성장에 적정 광도는 800 μmol/m2/s로 도출되었다.
C. vulgaris와 박테리아의 공배양 연구 결과로, 공배양 조건에서 C. vulgaris의 성장량 및 유기산, NH4-N의 제거속도가 더 높은 것으로 나타나, C. vulgaris와 박테리아의 공배양은 성장 및 활성에 시너지 효과가 있는 것으로 판단되었다. 추가적으로, C. vulgaris 및 박테리아의 공배양에 의해 인공 음폐수를 처리할 시, 장기간 연속 운전방법인 semi-continuous와 continuous 반응조를 비교하였으며, semi-continuous 반응조의 C. vulgaris 성장량 및 질소, 인 제거율이 더 높았다. 이에 따라 실제 처리장 적용 시 semi-continuous 반응조가 더 적합한 것으로 판단되었으며, 최적 HRT는 3 day로 도출되었다.
따라서, 본 연구에서 제시한 C. vulgaris를 이용하여 음폐수 소화액을 장기간 연속적, 안정적, 효율적으로 처리할 수 있음이 입증되었으며, 해당 공정에서 생산된 미세조류 바이오매스는 추가적으로 활용 가능 하다. 본 연구를 바탕으로 향후 실제 음폐수 소화액에 대한 C. vulgaris의 현장적용 및 처리과정에서 발생하는 미세조류 슬러지를 활용한 에너지 생산 등의 자원화가 가능할 것으로 기대된다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 71. 음폐수 처리현황 72. 미세조류 152.1 미세조류 대사의 종류 172.2 미세조류 성장에 미치는 영향인자 282.3 미세조류의 활용 36Ⅲ. 미세조류 배양 및 성분분석 441. 미세조류 선정 442. 미세조류의 보존 및 배양 463. 분석항목 및 방법 484. 인공 음폐수 소화액의 성상 56Ⅳ. 고농도 NH4-N가 C. vulgaris의 성장에 미치는 영향 611. 실험방법 622. 실험결과 및 고찰 633. 소결론 72V. 유기산이 C. vulgaris의 성장 및 질소, 인 제거능에 미치는 영향 731. 각 농도의 유기산이 C. vulgaris의 성장 및 질소, 인 제거에 미치는 영향 741.1 실험방법 741.2 실험결과 및 고찰 751.3 소결론 882. 각 유기물이 C. vulgaris의 성장 및 질소, 인 제거에 미치는 영향 비교 892.1 실험방법 862.2 실험결과 및 고찰 912.3 소결론 97VI. 광도가 C. vulgaris 성장 및 유기산, 질소, 인 제거에 미치는 영향 991. 실험방법 1002. 실험결과 및 고찰 1013. 소결론 105VII. C. vulgaris와 박테리아의 공배양이 C. vulgaris의 성장 및 질소, 인 제거능에 미치는 영향 1061. 실험방법 1072. 실험결과 및 고찰 1083. 소결론 114VIII. Semi-continuous 및 continuous 반응조의 음폐수 고도처리능 평가 1151. 실험방법 1182. 실험결과 및 고찰 1213. 소결론 138IX. 결론 139X. 참고문헌 144
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