Optimization of Methane Production in an AD-MEC System: Effects of Substrate Mixing Ratio and Applied Voltage

본 연구는 가축분뇨와 음폐수를 혼합한 기질을 이용한 생물전기화학적 시스템(AD-MEC)에서 메탄 생산 효율을 향상시키기 위한 최적의 인가 전압을 도출하고자 수행되었다. 혼합비율 (가축분뇨:음폐수=10:0, 9:1, 7:3, 5:5, 3:7, 1:9, 0:10)에 따른 BMP(Biochemical Methane Potential) Test 결과, 가축분뇨 단독 조건(10:0)에서 최대 메탄 수율이 6.47 mL CH₄/g VS, 6.02 mL CH₄/g COD이 확인되었다. 다양한 전압 조건(0, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2V)으로 설정하였고, AD-MEC 반응기에는 흑연 펠트 전극을 적용하였다. 운전 초기와 종료 시점의 가스 조성 및 수질 분석 결과, 메탄 누적 생산량은 0.3V 조건에서 108.9±23.8 mL로 가장 높았으며, 대조군 대비 37.5% 증가하였다. VS(volatile solids) 당 메탄 수율은 0.3V에서 10.89±3.49 mL CH₄/g VS로 가장 높게 나타났다. 반면, 0.9V 이상 높은 전압 조건에서는 메탄 생산량 및 수율이 낮게 나타났다. 따라서, 본 연구를 통해 0.3V의 인가 전압이 미생물 활성과 유기물 분해를 동시에 촉진하여, 생물전기화학 기반 메탄 생성에 최적의 운전 조건임을 확인하였다.