고농도 암모니아 포함 돈분뇨의 혐기성 소화 효율 증가를 위한 Magnetite (Fe₃O₄) 주입

Magnetite (Fe₃O₄) injection to increase anaerobic digestion efficiency of swine manure containing high concentration of ammonia

본 연구는 고농도 암모니아 환경에서의 미생물 활성 및 바이오가스 생산성을 평가하기 위해 돈분뇨 및 전도성 물질 주입을 이용한 실험을 수행하였다. 실험에서는 돈분뇨와 식종 슬러지를 혐기성 소화조에 주입하는 비율(Substrate Inoculurn Ratio, SIR)을 0.1에서 3.2의 범위에서 수행하여 최적 지점을 확인하고, 다양한 암모니아 농도(375 ~ 12,000 mg NH+-N/L)에서 Magnetite 주입에 따른 바이오가스 생산성을 비교하였다. 실험 결과로 최적 SIR은 0.8로 확인되었다. 0.8 미만의 SIR에서는 미생물의 자산화와 기질의 과잉분해로 인해 유출수의 수질에 부정적인 영향을 일으킬 수 있으며, 0.8 이상의 SIR에서는 미생물이 기질을 완전히 분해하지 못해 메탄 수율이 감소하는 결과를 보였다. 375, 750mg ~+-N/L 의 암모니아 주입 농도로 실험한 결과, 각각 28.6% 및 38 .8%로 메탄 수율이 대조군에 비해 높게 나타났으나, 주입 농도를 높일수록 메탄 수율이 감소하는 경향을 보였다. 추가적으로 Magnetite를 주입한 샘플은 주입하지 않은 것에 비해 메탄 수율이 7.0 ~ 43.8% 중가하였다. 이는 암모니아의 IC (Inhibitor concentration)를 비교해볼 때, IC30, IC60, IC90에서 각각 18.5%, 6.7%, 2.6% 의 메탄 수율 증가가 확인되어, 고농도 암모니아에서도 향상된 메탄 생산이 가능함을 시사하였다. SMA test를 진행하였을 때, 유기산을 기질로 하여 암모니아, Magnetite 주입 시 나타나는 미생물의 활성도를 확인하고 혐기성 소화 대사경로에 대한 영향을 알아보고자 하였다.