한국해양대학교

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주정폐수의 혐기성소화에 미치는 생물전기화학인자

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dc.contributor.advisor 송영채 -
dc.contributor.author YU HANCHAO -
dc.date.accessioned 2019-12-16T02:56:45Z -
dc.date.available 2019-12-16T02:56:45Z -
dc.date.issued 2018 -
dc.identifier.uri http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/11720 -
dc.identifier.uri http://kmou.dcollection.net/common/orgView/200000105207 -
dc.description.abstract 생물전기화학기술은 혐기성소화조 내부에 산화전극과 환원전극 쌍을 설치하고, 외부전원을 이용하여 전극에 전압을 인가함으로서 전극들을 전기적으로 분극시키는 방법이다. 이러한 생물전기화학 혐기성소화는 혐기성소화조 내부에 높은 면적/부피 비로 설치할 때 혐기성소화조의 성능이 크게 향상된다. 그러나, 혐기성소화조 내부에 높은 면적/부피비로 설치된 전극들은 혐기성소화조의 교반이나 청소를 방해하고 초기시설비 및 유지관리비를 증가시킨다는 단점이 있다. 최근 전극사이의 벌크용액에 존재하는 전기활성을 가진 부유혐기성미생물이 메탄생성에 기여하는 바가 크며, 분극전극들 사이에 생성되는 정전기장이 전기활성미생물의 성장과 종간직접전자전달을 촉진할 수 있다는 것이 발견되었다. 그러나, 아직까지 정전기장의 세기가 생물전기화학 혐기성소화의 성능에 미치는 영향은 거의 연구되지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 고분자 유전물질로 피복된 전극을 설치한 상향류식 혐기성반응조(Electric field upflow anaerobic bioelectrochemical anaerobic reactor, EF-UABE)에 인가전압을 단계적으로 증가시킴으로서 전기장의 세기가 주정폐수의 혐기성소화 효율에 미치는 영향을 연구를 하였다. 또한, 분극전극을 설치한 기존의 상향류식 생물전기화학 혐기성반응조(Conventional upflow anaerobic bioelectrochemical reactor, C-UABE)를 동일한 조건에서 운전하여 혐기성소화 효율을 비교하였다. 또한, 대조구로서 분극전극을 설치하지 않은 상향류식 혐기성반응조를 동일한 조건에서 운전하였다. EF-UABE에 0.5 V의 인가전압에서 운전을 시작하였으며, 정상상태의 메탄발생량은 386 mL/L.d 이었다. 이값은 C-UABE의 399 mL/L.d와 큰 차이가 없었으나, 대조구의 메탄발생량 101 mL/L.d 보다는 크게 높았다. EF-UABE와 C-UABE에서의 메탄발생량의 차이가 크지 않은 것은 C-UABE의 메탄생성에 대한 분극전극표면의 기여도가 전극사이의 벌크용액에 존재하는 미생물의 기여도에 비하여 크지 않음을 나타낸다. EF-UABE 반응조에서는 인가전압의 증가에 따라 메탄발생량이 증가하였으며, 인가전압 5.0 V에서 456.4 mL/L.d로서 최대 값을 보였다. 그러나, 인가전압 10V에서는 메탄발생량이 393.9 mL/L.d로 약간 감소하였다. C-UABE 반응조의 메탄발생량은 인가전압 1.5V에서 432.9 mL/L.d 까지 증가하였으나 2.0V 이상에서는 인가전압의 증가에 따라 점차 감소하였다. 이 결과는 C-UABE 공정은 높은 전압을 인가할 경우 전극표면에서 일어나는 물의 전기분해 반응으로 인하여 부정적인 영향이 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 전극의 표면을 유전물질로 절연한 EF-UABE 반응조에서는 물의 전기분해없이 높은 전압의 인가가 가능하며, 높은 인가전압에서는 전극 사이에 형성되는 정전기장이 더욱 커지게 된다. 또한, 높은 정전기장은 전기활성균의 전자전달반응을 더욱 촉진시켜 메탄생성율이 증가한다는 것을 나타낸다. EF-UABE 반응조에 설치한 전극은 고분자물질로 표면이 피복된 형태로서 C-UABE 반응조에 설치하는 전극에 비하여 저렴하게 제작과 설치가 가능하다. EF-UABE 반응조는 고농도 유기성 폐수처리를 위해 실용화가 용이한 생물전기화학 혐기성반응조이다. -
dc.description.tableofcontents Chapter 1: Introduction 1 Chapter 2: Literature Review 3 2.1 Distillery wastewater 3 2.1.1 Occurrence of distillery wastewater 3 2.1.2 Treatment status of distillery wastewater 3 2.1.3 Aerobic biological treatment 4 2.2 Anaerobic digestion 7 2.2.1 Fundamentals of anaerobic digestion 7 2.2.2 Microorganisms involved in anaerobic digestion 7 2.2.3 Factors affecting anaerobic digestion 8 2.2.4 Pros and cons of anaerobic digestion 10 2.3 Bioelectrochemical anaerobic digestion 12 2.3.1 Fundamentals of bioelectrochemical anaerobic digestion 12 2.3.2 Status of bioelectrochemical anaerobic digestion 13 2.4 Limitations of bioelectrochemical anaerobic digestion 14 Chapter 3: Materials and methods 18 3.1 Anaerobic upflow reactors and operation 18 3.2 Electrode fabrication 19 3.3 Analysis and calculation 20 Chapter 4: Results and discussion 22 4.1 Evaluation of the stability 22 4.2 Methane production evaluation 27 4.3 Evaluation of treatment efficiency of distillery wastewater 29 4.4 Electron transport pathway for methane production 33 Chapter 5: Conclusions 36 References 37 -
dc.language eng -
dc.publisher 한국해양대학교 대학원 -
dc.rights 한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. -
dc.title 주정폐수의 혐기성소화에 미치는 생물전기화학인자 -
dc.type Dissertation -
dc.date.awarded 2018-08 -
dc.contributor.alternativeName 우한초 -
dc.contributor.department 대학원 토목환경공학과 -
dc.contributor.affiliation 한국해양대학교 대학원 토목환경공학과 -
dc.description.degree Master -
dc.subject.keyword 생물전기화학,혐기성소화,정전기장,메탄발생,주정폐수 -
dc.title.translated Bioelectrochemical factors on the anaerobic digestion of distillery wastewater -
dc.identifier.holdings 000000001979▲200000000563▲200000105207▲ -
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토목환경공학과 > Thesis
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