UASBr 내부 수소생산 그래뉼에 저강도 초음파 적용을 통한 마그네타이트 삽입 연구

Implanting Magnetite into hydrogen-producing granule within UASBr with application of ultrasonication

현재 많은 연구들에서 전도성 물질을 이용한 direct interspecies electron transfer(DIET)가 혐기성 소화에 긍정적인 효과를 나타내는 결과들이 보고되고 있다. 그러나 선행 연구에 따르면 전도성 물질들을 반응조에 투여하였을 경우 내부에 체류하지 못하고 밖으로 wash-out 되는 현상이 빈번히 발생하게 된다. 하지만전도성 물질들 중 마그네타이트(Fe3O4)는 자성을 띄고 있어서 자기력을 통해 반응조에서 유출되는 것을회수하거나 분리하는 것이 용이하다(1). 하지만 마그네타이트 회수와 재사용을 위해서는 만들어진 유출라인에 추가적으로 자기력을 띄는 장치 부착이 요구되며, 시설 특성상 장치부착이 불가능한 시설도 존재한다. 이러한 문제점의 보완하기 위해 높은 밀도로 존재하는 그래뉼의 wash-out이 적은 upflow anaerobic sludge blanket 반응조(UASBr) 내부의 그래뉼에 마그네타이트를 직접 삽입하는 방안을 고려해 보았다. 또한 저강도초음파(ultrasonication)를 적용하여 그래뉼에 삽입되는 마그네타이트의 분포를 더욱 고르게 해주고 부착량을늘려주는 것이 가능한지 관찰하였다. 따라서 본 연구는 UASBr 내부에 마그네타이트 투입, 저강도 초음파적용 여부에 따라 4개의 반응조를 설정하였고, 이때 마그네타이트는 0.1g/L의 농도로 glucose 15g COD/L의기질과 함께 투여했으며 저강도 초음파는 150W로 1분에 1초씩 적용하였다. 유효부피 3.4L의 UASB 반응조에 음식물 쓰레기 혐기성 소화시설에서 채취한 식종슬러지를 넣고 수리학적 체류시간 (HRT) 8 시간으로 하여 수소생산 그래뉼이 형성되기까지 2주간 운전했다. 운전이 끝난 뒤 각각의 반응조에서 수소생산 그래뉼을채취해 scanning electron microscope (SEM)과 energy dispersive spectroscopy (EDS)를 실시하였다. 그 결과마그네타이트 입자가 수소생산 그래뉼의 표면에서 확인되었고 EDS에서도 철(Fe)이 검출 되었으며, 저강도초음파를 통해서 마그네타이트를 삽입한 경우 Fe가 80퍼센트 가량 더 많이 측정되었다.