Abstract
The aim of this study is to determine the removal efficiency of total nitrogen and phosphorus from treated swine wastewater by Phragmites australis and Miscanthus sacchariflorus var Geode Uksae-1, and to determine its biomass total energy value and biomethane potential. Plants were grown with a bedding mixture either soil and sand or soil, sand, and bioceramic. Treeated swine wastewater with Total nitrogen (TN) and Total phosphorus (TP) of 222.78 mg/L and 66.11 mg/L, respectively, was utilized. The TN and TP removal is higher in the bio-ceramic-soil-sand bedding media treatment. The highest TN removal of 96.14% was performed by Miscanthus sacchariflorus var Geode Uksae-1, but the elemental analysis shows that Phragmites australis contains more nitrogen than Miscanthus sacchariflorus var Geode Uksae-1, indicating higher nitrogen uptake. The highest TP removal of 98.12% was performed by Phragmites australis. The cellulose content of the plant grown with the bioceramic-soil-sand bedding was approximately 3-6% higher than that of the plant grown in the soil-sand bedding. Different growing substrates may have an effect on the fiber content of plants. The biomethane potential of the produced biomass of the plants was between 57.01 and $99.25L-CH_4/kg$ VS. The lignin content is believed to inhibit the breakdown of plant biomass, resulting in the lowest methane production in the Phragmites australis grown in the soil-sand bedding media.
본 연구는 거대억새(Miscanthus sacchariflorus var Geode Uksae-1)와 갈대(Phragmites australis)를 활용하여 돈분뇨 처리수 유래 영양염류(질소 및 인) 제거를 정량적으로 분석하고 생산된 바이오매스의 총 에너지가와 바이오메탄 잠재성 분석을 목적으로 수행되었다. 식물들은 일반토양과 사질토 또는 일반토양, 사질토 및 바이오세라믹의 혼합 여재로 채워진 용기에서 다루어졌다. 사용된 돈분뇨 처리수의 총질소와 총인함량은 각각 222.78 mg/L 과 66.11 mg/L에 해당하였다. 총질소와 총인 모두 바이오세라믹 첨가구에서 높은 제거율을 보였다. 거대억새에서 총질소 제거율이 가장 높게 나타났다(96.14%). 하지만 식물체의 원소분석 결과 갈대의 질소함량이 거대억새보다 더 높게 나타나 갈대의 질소흡착력이 더 뛰어난 것으로 판단된다. 반면 가장 높은 총 인 제거율을 보인 처리구는 갈대로 98.12%의 값을 보였다. 식물체 셀룰로스 함량은 일반토양 처리구보다 바이오세라믹 처리구에서 약 3~6% 더 높게 나타나 바이오세라믹은 식물섬유 형성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 본 연구에서 생산된 바이오매스의 바이오메탄 잠재성 분석결과 약 $57.01{\sim}99.25L-CH_4/kg$ VS의 값을 보였다. 리그닌은 식물의 바이오매스 분해를 방해하는 요소로 일반토양-사질토 여재를 사용한 갈대 처리구에서 가장 높게 나타나 메탄 생산력이 떨어지는 것으로 판단된다.