본 연구에서는 다양한 NH4+-N 스트레스 수준 하에서 지속적으로 돼지폐수를 처리하기 위한 바이오차 보조 혐기성 멤브레인 바이오리액터(BC-AnMBR)의 효율성을 평가하였습니다. NH4+-N 농도가 440 mg/L에서 1400 mg/L로 증가함에 따라, BC-AnMBR은 전통적인 AnMBR(C-GAnMBR)보다 높아진 암모니아 압력에서 NH4+-N 제거가 14.5% 개선됨을 보여주었습니다. 이 향상은 주로 바이오차 표면의 기능적 그룹(하이드록실, 카르복실, 에스터 및 알데히드 그룹)과 NH4+-N간의 이온 교환 상호작용에서 기인했습니다. 또한, 자원 회수와 관련하여 BC-AnMBR은 표준 메탄 수율 0.184 LCH4/gCOD을 유지하며 CG-AnMBR보다 3배 이상 높은 효율을 보였 습니다. 미생물 군락 분석 결과, BC-AnMBR은 특히 Methanosarcina와 Methanolinea 속의 암모니아 내성 전자 활성 메탄생성 고균의 농축을 촉진했습니다. 특히, BC-AnMBR에서는 프로피온산 및 부티르산 분해와 자가영양 메탄생성 경로와 관련된 주요 효소의 기능성 유전자 발현이 상향 조절되어 메탄 생성 속도를 가속화시켰습니다. 최종적으로, 바이오차의 도입은 미생물 전자 전송 시스템의 활동을 41.77% 증가시키고 c-유형 사이토크롬 농도를 50.6% 향상시켰습니다. 이러한 향상은 암모니아 억제 조건 하에서 혐기성 소화 과정의 안정성을 보장하는데 중요한 역할을 하는 직접적인 종간 전자전달의 확립을 촉진하였습니다.
Key Points
- 바이오차(Biochar)를 사용한 혐기성 멤브레인 바이오리액터(BC-AnMBR)가 NH4+-N 제거 효율을 14.5% 향상시켰으며, 이는 바이오차 표면의 기능적 그룹과 NH4+-N 간의 이온 교환 상호작용 덕분입니다.
- BC-AnMBR은 CG-AnMBR보다 메탄 수율을 세 배 이상 증가시켰으며, 이는 암모니아 내성 전자 활성 메탄생성 고균의 농축 덕분입니다.
- 미생물 전자 전송 시스템의 활동이 41.77% 증가하고 c-유형 사이토크롬 농도가 50.6% 향상되어 직접적인 종간 전자전달이 촉진되었습니다, 이는 암모니아 억제 조건 하에서도 혐기성 소화 과정의 안정성을 보장합니다.