In the recent years, the implementation of microalgae cultivation as part of wastewater treatment has received a growing interest as means to tackle global water crisis issues while recovering nitrogen and phosphorous contained in wastewater to produce valuable biomass. This approach has also been coupled to biologically fix the ever-increasing CO2 emitted from industrial flue gas, and has been widely implemented as part of carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technology. Water electrolysis-based microalgae cultivation system, which has a proven ability to control the pH of algae culture medium and continuously supply bicarbonate as carbon source, was adapted and its performance in improving wastewater treatment was confirmed. As a result of the experiment using the domestic sewage from Daejeon Wastewater Treatment Plant (WWTP), biomass production rate could achieve over than 3 times higher than that of the control group with final biomass concentration of 1.46 g L–1. Bicarbonate was successfully supplemented into the algae culture medium (approximately 76 g L–1 d–1). Additionally, nitrogen and phosphorous was effectively removed with final concentration of TN and TP was 3.3 mg L–1 and 0.3 mg L–1, respectively. These concentrations were able to satisfy the discharge water quality standards. Next, the potential of electrochemical CO2 absorption using sodium hydroxide as absorbent was also confirmed. It was revealed that by applying a sufficient cell voltage to enable continuous OH– generation and maintain high enough critical pH, a target removal of CO2 up to above 90% could be achieved, which is desirable for CCUS technology. Furthermore, bicarbonate produced from the CO2 absorption could effectively be utilized as a mixed solution for algae culture medium since it could yield a high biomass productivity as long as pH is controlled.
최근 폐수 처리의 일부로 미세조류 재배를 구현하는 것은 전 세계적인 물 위기 문제를 해결하는 동시에 폐수에 포함된 질소와 인을 회수하여 귀중한 바이오매스를 생산하는 수단으로 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 이 접근 방식은 또한 산업용 연도 가스에서 방출되는 계속 증가하는 이산화탄소를 생물학적으로 고정하기 위해 결합되었으며 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술의 일부로 널리 구현되었다. 조류 배양액의 pH를 조절하고 탄소원으로 중탄산염을 지속적으로 공급하는 능력이 입증된 수전해 기반 미세조류 배양 시스템을 적용하여 폐수 처리 개선 성능을 확인하였다. 본 수전해 기반 미세조류 배양 시스템과 함께 대전 하수처리장 생활하수를 미세조류 배양액으로 활용하여 실험을 진행한 결과, 대조군에 비해 3배 가량, 최종 바이오매스 생산량을 얻을 수 있었음 (1.46 g L–1 ). 중탄산염은 조류 배양 배지에 성공적으로 보충되었다 (약 76 g L–1 d–1). 또한 미세조류의 성장과 함께 하수 내 질소와 인이 효과적으로 제거되었으며, 질소와 인의 최종 농도가 각각 3.3 mg L–1 및 0.3 mg L–1로 효과적으로 제거되었다. 이러한 농도는 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있었다. 다음으로 NaOH를 흡수제로 사용하여 전기화학적 이산화탄소 흡수 가능성도 확인하였다. 지속적인 OH– 생성을 가능하게 하고 충분히 높은 임계 pH를 유지하기 위해 충분한 전지 전압을 적용함으로써 이산화탄소의 목표 제거를 90% 이상까지 달성할 수 있으며 이는 CCUS 기술에 바람직한 것으로 밝혀졌다. 또한, 이산화탄소 흡수에 의해 생성된 중탄산염은 pH만 조절하면 높은 바이오매스 생산성을 얻을 수 있어 조류 배양 배지의 혼합 용액으로 효과적으로 활용될 수 있다.
