년도

2007

분야

조사연구

연구과제명

미생물 연료전지를 이용한 대전광역시 음식물류 폐기물 탈리액의 처리

첨부파일

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책임자/기관

최찬수 교수/대전대

연구기간

07.4~08.2

참여 연구원수

6 명

연구사업비

20,000만원

연구목적

음식물 처리 공정 중 음식물류 폐기물 탈리액의 유기물 제거가 어려우며 이를 제거하기 위하여 폐수처리 비용을 쓰고 있다. 본 연구에서는 이러한 대전 충남지역의 음식물류 폐기물 탈리액을 저렴한 비용으로 설치가 가능한 미생물 연료전지를 이용하여 처리하여 정화하고 동시에 전기에너지를 얻어 오히려 유기물로 오염된 폐수를 자원으로 활용하는 것을 목적으로 하고 있다.

우리 주위의 음식물류 폐기물 등의 많은 유기물 폐수의 아까운 자원을 그대로 방류하여 환경을 오염시키지 않고 자원으로 재활용하여 전기에너지를 얻고 동시에 정화처리 하여 수질 환경을 좋게 하여 경제적인 이익을 크게 도모할 필요가 있다. 나아가 현재 에너지난을 격고 있는 우리사회에 이러한 폐자원을 에너지화 하는 과학적 경제적인 이용이 절대적으로 필요하다고 본다.

주요내용

1. 유기물을 연료로 산화하는 양극 전극실과 공기 중의 산소를 환원하는 음극 전극실과 두 전극실의 용액을 분리하는 분리막이 없거나 분리막이 있는 연료전지 반응조를 구성한다. 양극에는 유기물의 전기적 산화가 일어나 전자가 전극에 투입되고 음극은 양극으로부터 투입된 전자에 의한 산소의 환원이 일어나도록 연료전지가 구성된다.

2. 시범 반응조는 직경 20cm 높이 30cm 정도 되는 아크릴 원통을 이용하여 전극을 이루고 있는 소지 전극은 6mm 정도 두께의 탄소판에 8개 정도의 구멍을 뚫어 만든 7개정도의 판을 원통 아크릴 통에 포개 넣어 양극전극으로 만든다. 그것들을 다시 미생물을 포함하고 있는 미생물 배양조에 담가서 미생물을 그 전극 위에 성장 (enrichment) 시켜 유기물을 산화할 수 있는 미생물 전극으로 만든다. 같은 방법으로 만든 2개의 판에 본 연구실에서 개발한 마이오글로빈과 같은 나노 생 촉매나 상용 백금 나노 촉매를 나피온에 섞어 분무로 뿌려 말려 포개 넣은 음극전극을 만든다. 원통에 넣을 때 아크릴 막을 같은 방법으로 구멍을 뚫어 전극의 직접 접촉은 막으나 용액은 공통으로 하거나 전해질의 이온만 통과하는 나피온 막과 같은 분리 막으로 용액이 공통이 아닌 전지의 이온성 분리 막을 사용할 수도 있다.

3. 전지의 음극부위에 산소공급을 할 수 있는 공기주입을 위한 입구를 만든다. 폐수의 연속 주입은 아래에서 위로 흐르게 설계한다.

4. 먼저 글루코스와 글루타메이트와 같은 유기물이 들어 있는 인공폐수를 만들어 일정한 폐수의 흐름속도로 반응조에 들어오게 하고 들어오는 폐수와 나오는 폐수의 화학적 산소요구량(COD)을 각각 측정하는 한편 전압 대 전류를 나타내는 분극곡선을 그려 출력되는 전기에너지를 측정하여 반응기의 성능을 평가한다. 미생물의 양, 폐수의 반응조안에서의 체류시간 등에 대해서도 실험한다.

5. 음식물류 폐기물 탈리액의 실폐수를 사용하여 시범 반응조의 실 폐수 적용시 성능을 평가하기 위하여 역시 화학적 산소 요구량 (COD) 및 전력 생산의 인자들을 계산하여 자료로 만든다. 인공폐수의 인자들과 비교한다. 미생물의 양, 폐수의 반응조안에서의 체류시간 등에 대해서도 실험한다.

6. 자료를 모아 체계적인 평가를 통해 확대 설치 활용 시에 필요한 폐수처리 효율과 전력생산의 용액의 통과 부피당 효율 등을 계산한다.

추진일정
① 문헌조사
② 시범 회분식 및 연속 반응조 제작
③ 인공폐수의 COD측정과 전기화학 실험
④ 음식물류 폐기물 탈리액의 처리 시 COD측정과 전기화학 실험
⑤ 데이터 정리 및 해석
⑥ 미비한 실험 보충과 논문작성

연구결과 활용

본 반응조의 정확한 효율 특성과 인자를 정확히 이해함으로써 음식물류 폐기물 탈리액의 정화처리는 물론 에너지자원으로 활용하는 기회를 제공한다. 이는 간단한 설비의 미생물 연료전지 법으로 대전 충남지역의 유기물로 오염된 폐수를 정화하고 동시에 에너지를 얻을 수 있는 많은 영역에 활용할 수 있다.