평판형 외기환원전극 미생물연료전지에서 반응기 폭과 수리학적 체류시간이 유기물과 질소 동시 제거에 미치는 영향

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 41; no. 2; pp. 69 - 75
• Main Authors: 박영현(Younghyun Park), 유재철(Jaecheul Yu), Evy Widyaningsih, 이태호(Taeho Lee)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.02.2019
• Subjects: 환경공학; Air-Cathode; 유기물 및 질소 동시제거; Hydraulic Retention Time; 외기환원전극; 미생물연료전지; Width of Anode Chamber; 수리학적 체류시간; 산화전극부 폭; Microbial Fuel Cell; Simultaneous Removal of Organics and Nitrogen
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2019.41.2.69

일실형 미생물연료전지(MFC)는 폭기 및 외부탄소원 비용 없이 유기물과 질소를 동시에 제거할 수 있기 때문에 경제적인 하․폐수처리공정으로 발전할 수 있는 유망한 기술이다. 본 연구에서는 평판형 외기환원전극 MFC의 최적 구조를 평가하기 위하여 3가지 조건의 산화전극부 폭을 선정하였고, 다양한 수리학적체류시간(HRT) 조건에서 유기물 및 질소제거율과전기 생산량을 평가하였다. 산화전극부 용존산소 농도는 폭이 좁을수록, HRT가 길수록 더 높았다. 최적의 질산화 반응을 위한 HRT는 산화전극부 폭 4 mm는 2시간 이상, 8 mm는 6시간 이상, 16 mm는 8시간이었다. 총질소제거율은 폭 8 mm가 가장우수했으며(94%), 설계인자인 환원전극 비표면적은 250 m 2 /m 3이었다. 유기물제거율은 모든 조건에서 80% 이상을 나타냈다. 전압은 HRT 2시간에서만 발생하였고, 폭 16 mm, 8 mm, 4 mm 순으로 높게 나타났다. 평판형 외기환원전극 MFC는 구조 및HRT 조건 변화에 따라, 유기물 및 질소 제거와 전기 생산 등이 가능한 범용성 있는 기술로 발전할 수 있다. A single-chamber microbial fuel cell (MFC) is a promising technology for cost-effective wastewater treatment because it can remove organics and nitrogen simultaneously without aeration and external carbon source. This study evaluated organics and nitrogen removal and electricity production using flat-type air-cathode MFCs with three widths of anode chamber at various hydraulic retention times (HRTs). A shorter width and a longer HRT showed higher dissolved oxygen concentration. For optimum nitrification, the widths of 4 mm, 8 mm and 16 mm required HRTs of >2 h, >6 h and 8 h, respectively. The width of 8 mm (cathode specific surface area of 250 m 2 /m 3 as design factor) showed highest total nitrogen removal efficiency (94%). Removal efficiencies of organics were more than 80% at all conditions. Voltage generation occurred (16 mm > 8 mm > 4 mm) at HRT of 2 h. According to the change of design and HRT conditions, a flat-type air-cathode MFC can be developed as a versatile technology for organics and nitrogen removal and electricity production. KCI Citation Count: 1