Magnetite(Fe3O4) 첨가에 따른 음폐수의 메탄퍼텐셜 영향

Effect of Methane Potential in Food Wastewater by addition of Magnetite (Fe3O4)

최근 혐기성 공정의 안정적인 운영과 메탄생산 효율 증진을 위하여 혐기성 미생물의 종(species) 간 전자전달을 활성화시켜 메탄생산효율을 증진시키는 종간직접전자전달(DIET, Direct Interspecies Electron Transfer) 기작에 대한 연구가 보고되고 있다. 기존 DIET 기작과 관련한 연구는 magnetite(Fe3O4), hematite(Fe2O3) 등 DIET를 촉진시키는 전도성 물질에 관한 연구가 진행되었으며, 이러한 연구는 주로 셀룰로오스, 포도당 등 순수 기질에 대하여 적용되었으며, 음폐수와 같은 복합기질에 대한 적용성연구는 전무한 상황이다. 본 연구에서는 복합기질인 음폐수의 혐기소화에서 DIET 전도체로서 magnetite 가 메탄생산 속도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해, 음폐수를 기질로 공시하였으며, DIET 전도체로서 magnetite의 투입농도를 무처리, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM로 투입하고, BMP 시험(VDI4630)을 진행하였다. BMP 시험에서 누적메탄생산곡선은 1차, 2차 미분하여 Weibull 4 Parameter equation(Sigmaplot ver 12.5)으로 최적화하여 반응속도를 분석하였다. BMP 시험 결과 무처리, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM-magnetite 처리구의 생화학적 메탄퍼텐셜(Bu)은 0.656, 0.667, 0.659, 0.680, 0.674, 0.680, 0.683, 0.700, 0.703, 0.679 Nm3/kg-VS (p < 0.05)으로 나타나, magnetite 30, 40, 70 mM 처리구에서 유의성 있는 생화학적 메탄퍼텐셜의 증가를 보였다. 무처리구의 최대메탄생산속도(Rm) 39.62 mL/day이었으며, 최대메탄생산속도(Rm) 도달일은 21.06일이었다. Magnetite 5, 10, 15mM의 처리구에서 최대메탄생산속도(Rm)는 무처리구와 비교하여 각각 25.92, 28.97, 51.06% 증가하였고, 최대메탄생산속도(Rm)의 도달일은 각각 21.30, 21.13, 20.50일로 나타났다. Magnetite 20, 25, 30, 40, 70, 100mM 처리구의 최대메탄생산속도(Rm)는 무처리구와 비교하여 각각 22.08, 24.70, 22.41, 21.15, 11.08, 3.93% 증가하였고, 최대메탄생산속도(Rm)의 도달일은 각각 19.72, 18.70, 17.88, 16.14, 15.02, 14.67일로 나타나 magnetite 무처리구와 비교하여 최대메탄생산속도(Rm)의 도달일이 현저히 단축되었다. 따라서, Magnetite에 의한 DIET 촉진으로 인해 15mM-magnetite 이하에서는 최대메탄생산속도의 증가 효과를 기대할 수 있었으며, 20 mM-magnetite 이상에서는 최대메탄생산속도 증가와 최대메탄생산속도 도달일의 단축 효과를 동시에 기대할 수 있었다.