본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

미생물연료전지의 가축분뇨 처리 가능성 연구

Studies on a Feasibility of Swine Farm Wastewater Treatment using Microbial Fuel Cell.

2

조회

0

다운로드

4

인용

0

참고문헌

키워드

주제분류생물학

초록

본 연구는 미생물연료전지를 이용하여 액비를 처리하고동시에 유용한 전기에너지 발생이 가능한지를 실험한 것이다. 탄소섬유전극(graphite felt)와 스테인레스 스틸망을 다른비율로 충진한 single-chamber 미생물연료전지를 이용하였으며 탄소섬유전극보다 스테인레스망을 더 많이 충진한 미생물연료전지를 대조구(CMFC)로 하여 탄소섬유전극이 더많이 충진된 미생물연료전지(SMFC)와 서로 비교하였다. 농화 배양이 끝난 후, SMFC로부터 발생되는 전류는 3.167±80mg/L의 액비를 공급할 때 18 mA가 안정적으로 발생되었다. 이때 최대 전력밀도와 전류밀도는 각각 680 mW/m3와 3,770mA/m3이었으며, CMFC의 전력밀도와 전류밀도보다는 높았다. 화학적산소요구량(COD)는 SMFC와 CMFC에서 3,718±80 mg/L에서 865±21과 930±14 mg/L로 감소하여 각각72.7%와 70.6%가 감소되었다. SMFC와 CMFC로부터 부유물질(SS)은 99% 이상이 감소되는 것을 확인하였다. 또한SMFC의 암모니아성질소, 질산성질소, 그리고 인산염인과 같은 영향물질 농도의 변화도 각각 65.4%, 57.5%, 그리고73.7%이 감소되었으며 CMFC의 경우도 거의 유사한 제거율을 보였다. 이들 결과로부터 저가 재료가 충진한 미생물연료전지를 이용함으로써 경제적 효과를 기대할 수 있음은물론 가축분뇨로부터 적지만 전기 에너지가 발생하는 것을확인할 수 있었다.

Abstract

In this study the feasibility of simultaneous electricity generation and treatment of swine farm wastewater using microbial fuel cells (MFCs) was examined. Two single-chamber MFCs containing an anode filled with different ratio of graphite felt and stainless-steel cross strip was used in all tests. The proportion of stainless-steel cross strip to graphite felt in the anode of control microbial fuel cell (CMFC) was higher than that of swine microbial fuel cell (SMFC) to reduce construction costs. SMFCs produced a stable current of 18 mA by swine wastewater with chemical oxygen demand (COD) of 3,167±80 mg/L after enriched. The maximum power density and current density of SMFCs were 680 mW/m3 and 3,770 mA/m3, respectively. In the CMFC, power density and current density was lower than that of SMFC. CODs decreased by the SMFC and CMFC from 3,167±80 to 865±21 and 930±14 mg/L, achieving 72.7% and 70.6% COD removal, respectively. The suspended solid (SS) of both fuel cells was also reduced over 99% (4,533±67 to 24.0±6.0 mg/L). The concentration of nutritive salts, NH4+, NO3-, and PO43-, dropped by 65.4%, 57.5%, and 73.7% by the SMFC,respectively. These results were similar with those of CMFC. These results show that the microbial fuel cells using electrode with mix stainless-steel cross strip and graphite felt can treat the swine wastewater simultaneously with an electricity generation from swine wastewater.

참고문헌 (17)

  1. Angenent, L, "Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater", Trends Biotechnol, 22, pp.477~485 (2004)
  2. 조경숙, "매립지의 메탄 배출 저감을 위한 생물공학기술", 한국미생물·생명공학회지, 37(4), pp.293~305 (2009), 한국미생물·생명공학회
  3. Dumas, C, "Marine microbial fuel cell: Use of stainless steel electrodes as anode and cathode lmaterials", Electrochimica acta, 53, pp.468~473 (2007)
  4. Gil, G. C, "Operational parameters affecting the performance of a mediator-less microbial fuel cell", Biosens. Bioelectron., 18, pp.327~324 (2003)
  5. Jang, J. K, "Construction and operation of a novel mediator- and membrane-less microbial fuel cell", Process Biochem., 39, pp.1007~1012 (2004)
  6. Jang, J. K, "Nitrilotriacetic acid degradation under microbial fuel cell environment", Biotech. Bioeng., 95, pp.772~774 (2006)
  7. Kim, J. R, "Removal of odors from swine wastewater by using microbial fuel cells", Applied and Environmental Microbiology, 74, pp.2540~2543 (2008)
  8. Kim, J. R, "Analysis of ammonia loss mechanisms in microbial fuel cells treating animal wastewater", Biotechnology Bioengineering, 43, pp.1120~1127 (2008)
  9. Li, Zhongjian, "Electricity production during the treatment of real electrophating wastewater containing Cr6+ using microbial fuel cell", Process Biochemistry, 43, pp.1352~1358 (2008)
  10. Liu, H, "Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell", Environ. Sci. Technol., 38, pp.2281~2285 (2004)
  11. Logan, B, "Microbial fuel cells: Methodology and technology", Environ. Sci. Technol., 40, pp.5181~5192 (2006)
  12. Lovley,D.R, "Bug juice: harvesting electricity with microorganisms", Nature, 4, pp.497~508 (2006)
  13. Min, B, "Electricity generation from swine wastewater using microbial fuel cell", Water Research., 39, pp.4961~4968 (2005)
  14. Rabaey, K, "Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation", Trends Biotechnol, 23, pp.291~298 (2005)
  15. Zhao, F, "Activated carbon cloth as anode for sulfate removal in a microbial fuel cell", Environ. Sci. Technol., 42, pp.4971~4976 (2008)
  16. 최규철, "수질오염공정시험방법주해", 동화기술, 253~255 (2006)
  17. 이상복, "저농도(SCB) 액비 이용 벼 재배 기술", 작물과 학원 호남연구소, 7~8 (2007)

관련 논문AI추천

양돈폐수의 알칼리 pH 조건에서 다수전극 삽입 미생물연료전지 내 유기물 및 질소 제거 연구김태영, 전휘서, 최소현, 강바타르 엥크자르갈공학기술연구원 · 공학기술논문지2023 · 제16권 제4호Single-cathode와 Dual-cathode 미생물연료전지의 탄소원과 질산성질소의 전류발생 특성강연구, 김영화, 김종구, 유영선, 이성현, 이은영, 이형모, 장재경, 황지환한국미생물·생명공학회 · 한국미생물·생명공학회지2011 · 제39권 제4호Improved Electricity Generation by a Microbial Fuel Cell after Pretreatment of Ammonium and Nitrate in Livestock Wastewater with Microbubbles and a CatalystJae Kyung Jang, Je Hoon Sung, Sukwon Kang, Taeyoung Kim, Young Hwa Kim, Youn Koo Kang한국미생물·생명공학회 · Journal of Microbiology and Biotechnology2016 · 제26권 제11호미생물 연료전지의 원리 및 환경보건 분야로의 응용한선기한국환경보건학회 · 한국환경보건학회지2012 · 제38권 제02호Single-cathode와 Dual-cathode로 구성된 미생물연료전지에서 전류발생 향상을 위한 전자수용체로서의 Nitrate와 Ferric ion의 이용강연구, 김종구, 유영선, 이은영, 장재경한국미생물·생명공학회 · 한국미생물·생명공학회지2012 · 제40권 제4호전기화학적 기법에 의한 미생물연료전지 내부저항 특성 파악 및전력관리시스템 연계 전압 변화와 유기물 저감에 미치는 영향백이, 강석원, 권진경, 김태영, 박혜민, 양윤석, 여정진, 장재경대한의용생체공학회 · 의공학회지2018 · 제39권 제5호

이 간행물의 다른 논문 (19건)