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가축분뇨를 이용한 미생물연료전지의 농화배양 단계에서 미생물 군집 변화
장재경(Jae Kyung Jang),홍선화(Sun Hwa Hong),유영선(Youg Sun Ryou),이은영(Eun Young Lee),장인섭(In Seop Chang),강연구(Youn Koo Kang),김종구(Jong Goo Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.12
이 연구는 전기화학적 활성을 갖는 미생물들을 알아내기 위하여 농화배양 단계에서 시간에 따라 미생물연료전지의 미생물 군집 변화를 알아본 것이다. 접종원으로 하수처리장 혐기 소화액와 가축분뇨를 1 : 1로 혼합한 액을 사용하였다. 농화 배양 과정에서 미생물 생장곡선에 따라 지체기, 대수성장기 그리고 정지기로 전류발생 패턴을 보면서 구분하였다. 전류가 안 정적으로 발생되는 시점을 농화배양이 끝난 시점으로 판단하였으며, 이때 전류는 0.84 ± 0.06 mA가 발생되었다. 농화배양이 되어 가는 과정에서 미생물군집 변화를 전기영동(DGGE)에서 확인하여 시간에 따라 새롭게 나타나는 band나 농도가 높아지는 band 17개를 잘라내어 염기서열을 분석하였다. 이 결과 지체기와 대수성장 단계에서는 Clostridium, Rhodocyclaceae, Bacteriodete 그리고 Uncultured bacterium 등이 검출되었고, 정지기에서는 Geobacter sp., Rhodocyclaceae, Candidatus, Nitrospira, Flavobactriaceae, 그리고 Uncultured bacterium 등이 검출되었다. Geobactor의 경우는 이미 전기활성 미생물로 알려져 있는 미생물 종으로 이를 포함하여 이 연구에서 검출된 다른 미생물들 중에도 전기활성이 있는 미생물을 포함하고 있을 것으로 판단된다. These studies were attempted to investigate the change of microbial community of anode of microbial fuel cell using swine wastewater in the enrichment step with the lapse of time. Microbial fuel cells enriched by a 1 : 1 mixture of anaerobic digestive juices of the sewage treatment plant and livestock wastewater. Enrichment culture step was divided into three stages to indentify the microorganisms. It was separated by each lag phase, exponential phase, and stationary phase. These steps were determined by the change of the current value. The current after enrichment was generated about 0.84 ± 0.06 mA. We were cut out the different 17 bands in the DGGE fingerprint gel to do sequencing. The bands which the concentration was increasing or newly appearing with the lapse of time were included for this study. In the lag and exponential phase, Clostridium, Rhodocyclaceae, Bacteriodetes, and Uncultured bacterium etc. were detected. There were in the stationary phase Geobacter sp., Rhodocyclaceae, Candidatus, Nitrospira, Flavobactriaceae and uncultured bacterium etc. Geobactor among microorganisms detected in this study is known as the Electrochemically active microorganisms. It may include electrochemically active microorganisms to be considered as electrical activity microorganisms.
마이크로버블과 촉매 적용에 따른 가축분뇨의 슬러지와 유기오염물질 감량 효과
장재경(Jae Kyung Jang),김민영(Min Young Kim),성제훈(Je Hoon Sung),장인섭(In Seop Chang),김태영(Tae Young Kim),김현우(Hyun Woo Kim),강연구(Young Koo Kang),김영화(Young Hwa Kim) 大韓環境工學會 2015 대한환경공학회지 Vol.37 No.10
마이크로버블과 촉매 그리고 산화제(공기)의 적용에 따라 6개의 서로 다른 조건으로 구분하여 가축분뇨의 슬러지 감량과 유기오염물질의 저감 효과를 알아보았다. 마이크로버블과 촉매, 그리고 산화제 모두 사용 하였을 때(조건1), 슬러지는 99% 이상 제거 되었으며, TCOD와 SCOD는 각각 58%와 13% 제거되었으며, 모든 조건에서 가장 높은 저감 효과를 나타냈다. 산화제를 공급하면서 마이크로버블(조건2)과 촉매(조건 4)를 사용하였을때, 슬러지 감량은 95%와 93.1%, TCOD의 감량은 53%와 47%로 나타났다. 산화제(공기)를 공급할 때는 마이크로버블의 저감효과가 촉매보다는 더 큰 것으로 나타났다. 마이크로버블과 촉매 반응은 산화제와 함께 반응 과정 중에 OH-라디칼이 생성되고, OH-라디칼의 강한 산화력에 의해 오염물질이 분해되는 것이다. 산화제와 함께 마이크로버블과 촉매에 의한 슬러지 감량 효과는 모두 93% 이상이었으며, TCOD의 감량은 47% 이상이었다. This study was tested to evaluate the effect of the six different combinations of microbubble, catalyst, and air as oxidant on the sludge and organic matter reduction. When all of microbubbles and catalyst, and an oxidizing agent (under Conditions 1) such as air were used, the sludge was removed more than 99%, and TCOD and SCOD removal was 58% and 13%, respectively. This result was the highest value of six conditions. In the following order, the sludge reduction of the microbubbles with air (Condition 2) and catalyst with air (condition 4) was 95% and 93.1%, respectively. TCOD removal was found to be each 53% and 47%. When the microbubbles were used with oxidant like air, the removal of sludge and organic matter was high. All of these values were higher than that of using only microbubbles and catalyst without air. In the microbubbles and catalyst react under air supply condition, OH-radicals were generated in the reaction process. These OH-radicals in the reaction process decomposed the pollutants by the strong oxidizing power. In all conditions with air, the sludge reduction was high removal rate more than 93% and TCOD removal was over 47%.
스텐철사를 전극으로 이용하는 미생물연료전지의 전류 발생
장재경(Jae Kyung Jang),김경민(Kyung Min Kim),변성아(Sungah Byun),유영선(Young Sun Ryou),장인섭(In Seop Chang),강연구(Young Koo Kang),김영화(Young Hwa Kim) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.11
산화전극부 전극은 단순히 전자를 받아 전달할 수 있는 역할 뿐만 아니라 공극이 많아 표면적이 큰 구조로 미생물을고정화할 수 있는 표면적을 제공할 수 있어야 한다. 미생물의 수가 많을수록 폐수처리 효율과 전류발생을 높일 수 있기 때문이다. 따라서 전극은 미생물연료전지의 효율을 높일 수 있는 중요한 역할을 하는 인자 중의 하나이다. 본 연구는 미생물연료전지에 사용하는 고가의 흑연펠트를 스텐철사 타래(철 수세미)로 대체할 수 있는지 알아보기 위한 것이다. 이 연구에 사용된가축분뇨는 전처리를 거친 후 유기오염물질(COD)로 500 mg/L로 희석한 것을 이용하였고, 이때 전류 발생은 스텐철사 타래를 적용하였을 때 약 5% 정도 낮았지만 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 유기오염물질(COD)의 감소는 스텐철사 타래를 이용하였을 때 88.3%이었으며, 흑연펠트를 사용하였을 때 82.4%로 스텐철사 타래의 제거율이 더 높게 나타났다. 암모니아성질소 이온의 경우는 두 경우 모두 반응시간에 따라 농도 변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 이 결과 스텐철사 타래를 적용하였을 때 전류발생이나 수처리 측면 모두 효과가 유사하거나 더 좋은 결과를 보였으며, 초기 시스템을 구축하는 비용을 약1/50 정도로 줄일 수 있는 것으로 예상되어. 흑연펠트 대체제로 적용이 가능할 것으로 판단된다. Anode electrode in a microbial fuel cell (MFC) should transfer the receiving electron as well as provide large surfacearea that can be immobilized microorganisms. Microorganisms’ population is one of important factors to improve the currentgeneration and to treat the livestock wastewater by biological treatment. These studies were attempted to investigate if stainless-steelwire skein (SSWS) could be used as anode electrode replacement a graphite felt electrode in microbial fuel cell. For these studies,pretreated livestock wastewater was used diluted to 500 mg/L as COD before use. At this time, the current showed a little differenceof about 5% when using each of a SSW and graphite felt (control). There was no significant difference in the current value. Theorganic removal rate in the microbial fuel cells used graphite felt and SSWS was 82.4% and 88.3%, respectively. The COD removalin the MFC used the SSWS was higher than that of graphite felt. Ammonium nitrogen was showed similar trend in two case all. These results about current generation and organic matter reduction seem possible that SSWS was used to anode electrode. WhenSSWS is used, the initial investment for system construction is expected to be able to reduce by approximately 1/50.
바이오 가스 생산을 위한 미세조류 바이오매스로서의 Dunaliella salina
전나영 ( Na Yeong Jeon ),김대희 ( Dae Hee Kim ),안준영 ( Jun Yeong An ),김태영 ( Tae Young Kim ),김근호 ( Geun Ho Gim ),강창민 ( Chang Min Kang ),김덕진 ( Duk Jin Kim ),김시욱 ( Si Wouk Kim ),장인섭 ( In Seop Chang ) 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2012 한국미생물·생명공학회지 Vol.40 No.3
본 연구는 혐기성 소화조에서 바이오 가스 생산을 위한 바이오매스 자원으로서 Chlorella vulagaris와 Dunaliella salina의 이용능력을 확인하였다. 세포벽의 구조에 따라 전처리 후 용해성 물질의 수율이 영향을 받았는데, 이는 D. salina가 바이오 가스 생산 측면에서 C. vulgaris보다 좋은 후보라는 것을 보여준다. 혐기성 소화조에서 얻은 접종원으로부터 전처리하거나 전처리하지 않은 D. salina를 기질로서 메탄가스를 생산하는데 이용하였을 때 메탄 수율 측면에서 큰 차이가 없었다. 그러므로 D. salina는 높은 바이오매스 생산성, 단순한 전처리 필요성, 쉬운 바이오 가스전환 때문에 바이오 가스 생산을 위한 적합한 해조류 바이오매스이다. In this study, the ability of Chlorella vulgaris and Dunaliella salina to use biomass resources for anaerobic digestive biogas production was examined. The differences in cell wall structure pretreatments affecting the yield of soluble products showed that D. salina is a better candidate for biogas production than C. vulgaris. There was no significant difference between pretreated and non-pretreated D. salina in terms of methane production yield by inocula obtained from anaerobic digestion systems. Therefore, D. salina is a suitable algal biomass for biogas production due to its high biomass productivity, simple pretreatment needs, and easy con-version to biogas.