Fig. 3은 실험에 사용한 폴리우레탄 담체의 운전 전, 후의 모습으로 운전 중의 담체 표면에서 부착미생물과 공극에서 발생하는 기포, 즉, 바이오가스의 모습을 관찰할 수 있었으며, Table 1에 있는 M-HSBR 반응조 내에서 바이오매스 위치별 수소발생특성을 동시에 비교해보면, 미생물 군집 위치별 반응조 활성과 바이오매스량 구성비율이 서로 비례하는 것을 알 수 있으며, 결론적으로, 수소를 생산하는 HSBR 운전에서, 담체를 주입함으로써, 바이오매스 유실을 방지할 수 있었다.
<p>Fig. 3에는 실험에 사용한 폴리우레탄 담체의 운전 전, 후의 모습들을 나타내었다. Fig. 3(A)는 새 담체, (B)는 운전 중 담체, (C)는 운전 종료 후, 담체 표면 외부(200배 확대), (D)는 담체 내부의 모습( 200 배 확대)이다. 운전 중의 담체 표면에서 부착미생물과 공극에서 발생하는 기포, 즉, 바이오가스의 모습을 관찰할 수 있었다. 또한, 담체 외부에서 상대적으로 두껍게 부착된 고형물층을 관찰하였다.</p> <p>Table 1에는 M-HSBR 반응조 내에서 바이오매스 위치별 수소발생특성을 나타내었다. 바이오매스 분포 위치는 담체표면, 내부 및 반응조 내 부유하는 지점으로 크게 3군데이다. 실험 종료 후, 담체를 회수하여 담체 표면 부착 및 내부 바이오매스를 확보하였고, 부유바이오매스는 반응조 내 정치 된 슬러지 층에서 수확하였다. 회분식 실험을 통해 비수소생 산속도 및 수소생산수율을 측정하여 비교하였다. 실험결과, 부유바이오매스에 의한 비수소생산속도가 \( 241 \pm 4 \mathrm{ml}-\mathrm{H}_{2} / \mathrm{g} \) VSS/d로서 가장 높게 나타났고, 이어서 담체 표면 부착바이오매스(133 \( \pm 10 \mathrm{ml}-\mathrm{H}_{2} / \mathrm{g} \) VSS \( \left./ \mathrm{d}\right) \), 담체 내부 부착바이오매스 \( \left(95 \pm 14 \mathrm{ml}-\mathrm{H}_{2} / \mathrm{g} \mathrm{VSS} / \mathrm{d}\right) \) 순서로 나타났다. 수소생산수율 역시, 동일한 순서로 나타났다. 담체 부착바이오매스에는 슬러지 체류시간이 상대적으로 길어서 수소생성미생물 외에 종속영양미생물이 다량 존재할 것으로 예상된다. 담체 부착미생물 중, 수소생성미생물의 빠른 성장 및 생물막 탈리 현상 으로 인해 부유성 바이오매스에서 수소생성활성이 높았던 것으로 사료된다. 하지만, 구체적인 원인 분석은 미생물 군집 분석을 통해 가능하다고 판단된다.</p> <p>회분식 실험을 통해 산출한 담체 부착바이오매스량을 M-HSBR 반응조 전체에 적용하여, 반응 종료 시점을 기준으로 반응조 내 위치별 바이오매스량 및 구성비율을 나타내었다 (Table 1). 반응조 내 부유바이오매스량은 \( 6.15 \pm 0.21 \mathrm{~g} \mathrm{VSS} \)로 가장 높았고, 담체 표면 부착바이오매스량과 내부 부착바이오매스량은 각각 \( 3.50 \pm 0.3 \) 및 \( 2.33 \pm 0.5 \mathrm{~g} \mathrm{VSS} \) 로 상대적으로 낮았다. 반응조 내 총 바이오매스량 중에서 부유바이오매스량이 차지하는 비율은 \( 51.4 \% \) 이었다. 수소발생특성을 동시에 비교해보면, 미생물 군집 위치별 반응조 활성과 바이오매스량 구성비율이 서로 비례하는 것을 알 수 있다.</p> <p>\( \mathrm{M}-\mathrm{HSBR} \) 의 유기물 \( (\mathrm{COD}) \) 질량수지에서, 유입 \( \mathrm{COD} \) 부하량은 유입유량 및 유입기질 농도를 이용하여 산출하였다(70.3 g COD/d). 유출수의 \( \mathrm{COD} \) 량은 반응조에서 고액분리</p> <p>되어 배출되는 상등액의 유량 및 \( \mathrm{COD} \) 농도를 측정하여 계산하였다 \( (65.1 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \). 한편, 식 (1)에 근거하여 글루코스 \( 192 \mathrm{~g} \mathrm{COD} \) 가 \( 2 \mathrm{~mol} \)의 아세트산(128 g COD)으로 분해될 때 제거되는 유기물 단위 질량당 수소발생량은 \( 0.7 \mathrm{~L} \)이다. 반면에 암모늄이온을 질소원으로 사용하여 세포합성을 포함할 경우, 식 (2)를 이용할 수 있다. 세포 호흡에 소비된 유기물량은 유기물 단위 질량당 수소발생량 계수 \( \left(0.58 \mathrm{~L}^{2} \mathrm{H}_{2} / \mathrm{g} \mathrm{COD} /\right. \)d)를 실제 수소발생량 \( (0.59 \mathrm{~L} / \mathrm{d}) \)으로 나누어 구할 수 있다 \( (1.03 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \). 따라서, 반응조 내에서 세포합성 및 담체 부착에 의해 축적되는 양은 유입 유기물량 \( (70.3 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \)에서 부산물에 의한 유출수 내 유기물량 \( (65.1 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \)과 세포 호흡에 의한 유기물량 \( (1.03 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \)을 차감한 \( 4.16 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d} \)이다. 여기에서, 세포성장에 의한 셀 합성에 소비된 \( \mathrm{COD} \) 량은 반응조 축적량 \( 4.16 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d} \)에서 담체에 흡착된 유기물량 \( (1.28 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d} \), 회분식 실험 결과 \( ) \)을 뺀 값인 \( 2.88 \mathrm{~g} \) \( \mathrm{COD} / \mathrm{d} \)이다. 이는 식 (2)를 근거로 한 이론적 세포합성량 ( \( 2.77 \mathrm{~g} \mathrm{COD} / \mathrm{d}) \) 대비 \( 3.9 \% \) 정도의 오차를 나타낸다.</p> <p>\( \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{6}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow 2 \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{CO}_{2}+4 \mathrm{H}_{2} \)<caption>(1)</caption></p> <p>\( \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{6}+048 \mathrm{NH}_{4}^{+}+2.26 \mathrm{HCO}_{3}^{-} \) \( \quad 1.79 \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+2.26 \mathrm{CO}_{2}+0.48 \mathrm{C}_{5} \mathrm{H}_{7} \mathrm{O}_{2} \mathrm{~N}+3.69 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \)<caption>(2)</caption></p> <p>결론적으로, 수소를 생산하는 HSBR 운전에서, 담체를 주입함으로써, 바이오매스 유실을 방지할 수 있었다. 또한, 반응조 내 부착바이오매스량과 부유바이오매스량은 거의 비슷한 구성비율을 보인 반면, 부유바이오매스의 수소생성활성이 훨씬 높았다. 이는 수소생성미생물의 빠른 성장 및 생물막 탈리에 의해 반응조 내 부유바이오매스의 활성이 높게 나타난 것으로 사료된다.</p>