미생물 연료전지를 이용한 생물학적산소요구량 계측기 세계최초개발

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2006-04-02 11:00

서울--(뉴스와이어)--하·폐수에 대한 올바른 관리는 국가 수자원보호와 국민들에게 맑은 물을 공급할 수 있는 필수 조건이다. 금번 획기적으로 하·폐수 관리가 가능한 생물학적산소요구량(BOD) 계측기가 세계 최초로 미생물 연료전지를 이용하여 순수한 국내기술로 국내의 한 업체에서 개발하여 신제품(NEP)인증 연장심사를 통과하였다고 기술표준원(원장:김혜원)은 발표하였다.

지금까지 폐수의 생물학적산소요구량 측정은 센서형 용존산소 계측기를 사용하여 측정하여 왔는데 이 방법은 오차가 ±15%로 측정값이 부정확하고 측정시간이 오래 걸릴 뿐 아니라, 실시간 측정 및 무인감시가 불가능하여 많은 인원과 장비가 소요되는 불편함이 있었다.

그러나, 새로 개발된 “미생물연료전지를 이용한 생물학적산소요구량 측정기술”[별첨]은 생물학적산소요구량 농도를 연속적으로 측정할 수 있고 기기의 오차가 ±3% 이내로 재현성 및 안전성이 좋아 제품의 신뢰성이 우수한 제품으로 판명되었다. 또한, 운영비용이 저렴하고 유지관리가 간편하여 오염총량제 및 무인원격 수질감시 및 관리에 적합한 시스템이다.

미생물연료전지를 이용해서 생물학적산소요구량을 측정하는 기술은 세계에서 최초로 개발된 고유기술로, 기술표준원에서는 본 생물학적산소요구량 측정방법을 개발기업과 공동으로 국제표준화기구(ISO)에 국제규격으로 제안하여, 생물학적산소요구량 측정 계측기 분야의 세계 시장을 선점할 계획이다.

세계 수질 환경계측기 시장은 약3조2000억원 규모(2005년 기준)이고, 국내시장은 약2,000억원(2005년 기준) 규모로 2010년까지 약9.9%의 성장률을 보일 것으로 예상됨에 따라 첨단 바이오기술을 이용한 생물학적산소요구량 계측기 개발로 환경계측기 세계시장 진출의 발판을 마련하였다.

기술표준원 생물환경표준과 조덕호 과장은 “이제 우리나라도 하·폐수 수질관리에 대한 원격 측정시스템이 도입된다면 국내 수질관리에 획기적인 전기가 마련 될 것이다”라고 말하였다.

미생물연료전지(microbial fuel cell) : 생물 또는 그의 일부를 사용하여 생물의 에너지 대사에서 발생하는 환원력을 전기에너지로 전환시키는 장치로 전기화학적 활성미생물의 대사로 전류를 발생시키며, 이 때 발생되는 전류값은 수질 내의 유기물의 농도, 즉 생화학적 산소요구량인 BOD 농도와 비례관계를 갖는 것으로부터 BOD 농도를 측정한다.

미생물 연료전지는 음극(anode)과 양극(cathode)부분으로 구성되고 그 사이에 양이온 교환막이 존재하며, 촉매로 작용하는 미생물이 기질을 산화시킬 때 발생하는 전자가 전극으로 전달되어 전기를 발생하게 된다.

일반적인 유기성 폐수 및 슬러지 내에 다량으로 존재하는 일군의 전기화학적 활성미생물(electrochemically-active bacteria)은 외막에 존재하는 시토크롬 C (cytochrome C)를 통하여 세포표면으로 특정한 전극으로 전자를 전달하여 전극을 환원시키므로 매개체를 필요로 하지 않는다. 전기화학적 활성미생물에 의한 유기물 산화에서 발생하는 전자는 음극부에 있는 탄소전극을 통하여 양극부로 흐르게 되어 전류가 발생하게 된다.

미생물 연료전지내의 전기화학적 활성미생물은 유기물의 대사에서 발생하는 전자를 전극에 전달시킴으로써 전류를 발생시키며, 이 때 발생되는 전류값은 수질 내의 유기물의 농도, 즉 생화학적 산소요구량인 BOD 농도와 비례한다. 따라서 미생물 연료전지와 대부분의 유기성 폐수 및 슬러지 내에 다량으로 존재하는 전기화학적 활성미생물을 이용하여 유기물에 대한 전기화학적 활성미생물의 전기화학적 반응을 정량으로 측정함으로써 수질의 BOD 농도를 정확하고 빠르고 손쉽게 측정할 수 있다.

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