In this study, various pre-treatment methods were evaluated for microalgae separation. These methods aimed to facilitate safe, rapid, and cost-effective online imaging for real-time observation and cell counting. As pre-treatment techniques, heating, chemical hydrolysis, heating combined with chemical hydrolysis, and sonication were employed. The effectiveness of these methods was evaluated in the context of online imaging quality through experimentation on cultivated microalgae (Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda). The chemical treatment method was found to be inappropriate for improving image acquisition. The heating pre-treatment method exhibited a drawback of prolonged cell dispersion time. Additionally, the heating combined with chemical hydrolysis method was confirmed to have the lowest dispersion effect for Chlorella vulgaris. Conversely, ultrasonication emerged as a promising technique for microalgae separation in terms of repeatability and reproducibility. This study suggests the potential for selecting optimal pre-treatment methods to effectively operate real-time online monitoring devices, paving the way for future research and applications in microalgae cultivation and imaging.

Protein is an essential nutrient for humans to sustain life, but it is predicted that it will be challenging to secure protein through the traditional livestock industry in the future. Microalgae has high future value as an alternative protein food source due to resource utilization and sustainability advantages. In order to increase productivity, the culture conditions of microalgae, Chlorella vulgaris, Dunaliella salina, and Scenedesmus obliquus were examined in this study. The optimal culture conditions of C. vulgaris were mixotrophic culture, 25oC culture temperature, 7.0 initial pH, 10% initial inoculation, stirring culture, 3000 Lux light intensity, and 24L:0D light/dark cycle period with red LED. For D. salina, the optimal culture conditions were mixotrophic culture, 20oC culture temperature, 8.0 initial pH, 10% initial inoculation, stirring culture, 6000 Lux light intensity, and 12L:12D light/dark cycle period with white LED. For S. obliquus, the optimal culture conditions were mixotrophic culture, 30oC culture temperature, 8.0 initial pH, 10% initial inoculation, stirring culture, 4500 Lux light intensity, and 14L:10D light/dark cycle period with fluorescent light. These findings can be used as important information for increasing the production of microalgae as an alternative protein material resource in the future.

In recent years there have been large increases in the hydraulic loading rates used to design dissolved air flotation (DAF) facilities for drinking water applications. High rate DAF processes are now available at loading rates of 20 to 40 m3/m2·h. This research evaluated dissolved air flotation as a separation method for algae and organic compounds from water treatment plants. During the service period of 2016. 5. to 2017. 6., DAF pilot plants (500 m3/day) process has shown a constantly sound performance for the treatment of raw water, yielding a significantly low level of turbidity (DAF treated water, 0.21～1.56 NTU). As a result of analyzing the algae cell counts in the influent source, it was expressed at 100-120 cells/mL. In DAF treated water, the removal efficient of alge cell counts was found to be upto 90%. The stable turbidity and algae removal were confirmed by operating the high rate DAF process under the condition of the surface loading rate of 30 m3/m2·hr.

Microalgae is known as one alternative energy source of the fossil fuel with the small size of 5 ~ 50 µm and negative charge. Currently, the cost of microalgae recovery process take a large part, about 20 - 30% of total operating cost. Thus, the microalgae recovery method with low cost is needed. In this study, the optimum current for Scenedesmus dimorphus recovery process using electrocoagulation techniques was investigated. Under the electrical current, Al metal in anode electrode is oxidized to oxidation state of Al3+. In the cathode electrode, the water electrolysis generated OH- which combine with Al3+ to produce Al(OH)3. This hydroxide acts as a coagulant to harvest microalgae.Before applying in 1.5 L capacity electrocoagulation reactor, Scenedesmus dimorphus was cultured in 20 L cylindrical reactor to concentration of 1 OD.The microalgae recovery efficiency of electrocoagulation reactor was evaluated under different current conditions from 0.1 ~ 0.3 A. The results show that, the fastest and highest recovery efficiency were achieved at the current or 0.3 A, which the highest energy efficiency was achieved at 0.15 A.

해양에너지는 아직 개발되지 않은 가장 유망한 재생 및 청정에너지 자원 중 하나이다. 특히 우리나라는 세계적으로 보기 드문 조류발전의 적지이며, 이를 이용하기 위해서는 각 해역에 적합한 조류에너지 변환 장치의 개발이 매우 필요하다. 따라서 본 연구에서는 조류발전 방식 중 수평축 로터 블레이드의 최적형상 설계 및 성능평가를 목적으로 날개 끝 손실 모델을 포함하는 날개요소 운동량이론을 적용한 조류터빈 설계기법을 제안하고, 100 kW급 로터 블레이드를 설계하였다. 또한 블레이드 국부위치에서 주속비에 따른 Prandtl의 날개 끝 손실 변화를 비교하였으며, 정격 날개 끝 속도비에서 NACA63812를 사용하여 설계된 로터 블레이드의 동력계수는 0.49로 우수한 성능을 나타내었다.

축산폐수는 질소와 인을 다량으로 포함하고 있으며, 1, 2차 처리 후 90% 제거되는 유기물과는 달리 질소나인 등의 영양염류는 제거효율이 상대적으로 낮다. 이 처리수가 그대로 수계에 방류되면 녹조현상 및 부영양화의 원인이 되기 때문에 폐수의 3차 처리(고도처리)가 필수적이다. 그동안의 연구에서 축산폐수 내 영양염류를 제거하는 데에 미세조류를 이용하는 것이 효과적이라는 사실이 밝혀졌으며, 이때 생산되는 바이오매스는 바이오 에너지의 생산원료로도 활용이 가능하다. 이에 본 연구는 축산폐수 고도처리에 활용 가능한 미세조류 Chlorella emersonii 종의 성장 동역학 및 질소농도변화에 따른 광독립영양성장율과 질소 제거효율을 비교하여 축산폐수의 고도처리 적용 가능성이 가장 높은 배양환경을 도출하고, 미세조류를 이용한 축산폐수 고도처리의 적용 가능성을 response surface methodology를 이용하여 평가하였다. 본 연구는 예비실험 결과 질소 제거와 바이오매스 생산에 효과적인 것으로 나타난 녹조류인 Chlorella emersonii 종을 이용하였고, 축산폐수는 1차 및 2차 처리를 거치고 난 후의 유출수를 공급받아 GF/C filter로 여과 후 고압멸균을 하는 전처리 후 사용하였다. 모든 실험은 triplicate로 진행되었고 평균값을 나타낸다. 실험은 500 mL media bottle (TriForest Enterprises, Inc, USA)을 광반응조로 이용하였고, 유효부피는 400 mL로 설정하였다. 광독립영양성장을 위한 무기탄소원 공급을 위해 0.04%의 CO2 를 포함한 공기를 6 Lair/min의 속도로 0.45 μm filter를 통과시킨 후 주입하였다. 광에너지원은 특수제작된 LED Light를 이용하여 photosynthetically active ratiation으로 실험 조건에 따라 반응조 외부표면 측정기준 80, 160, 240 μmol/s･m²이 되도록 조절해주었다. Shaking incubator를 활용하여 실험 조건에 따른 온도와 교반속도를 각 25, 35, 45℃, 110 rpm으로 제어하였다. 전처리를 모두 거친 축산폐수의 낮은 질소농도는 NH4Cl을 활용하여 반응조 내에서 100 mg N/L 내외의 범위에서 실험계획에 따라 조절하여 배양하였고 인의 농도는 제한하지 않았다. 미세조류 C. Emersonii 종을 최적의 조건에서 배양할 경우 최대 61%의 질소 제거율을 나타냈다. 또한 최적의 조건에서 평균 비성장속도가 0.5096 day-1 이상으로 나타나 바이오매스를 대량으로 생산해낼 수 있는 가능성을 보였다. 종합하면, 본 연구는 미세조류 C. Emersonii 종을 축산폐수처리에 실제 적용이 가능함을 보임과 동시에 유용자원이 되는 바이오매스의 생산이 가능함을 확인하였다.

미세조류는 광합성 반응을 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고, 산소를 배출하며, 체내에 카로티노이드, 피코시아닌 같은 유용물질을 생성할 수 있다. 또한, 미세조류의 대사특성은 하폐수처리, 바이오연료 생산, 이산화탄소 고정 및 유용물질 생산 등 다양한 분야로 적용이 가능하고, 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 미세조류의 배양방법은 open system과 closed system이 존재하는데, 이 중 closed system은 미세조류 배양을 위한 다양한 조건들을 쉽게 조절할 수 있는 반면 운영 및 유지관리 비용이 든다. 따라서 본 연구에서는 저비용/고효율의 PBR(photo-bioreactor) 운전을 위한 최적운전 조건을 도출하기 위해, aeration rate와 pH가 미세조류 대량배양에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험에 사용한 미세조류는 Scenedesmus dimorphus를 이용했고, NO3--N 100 mg/L, PO43--P 10 mg/L로 modified BBM 배지를 사용하였으며, 광도 40 ~ 100 ㎛ol/m²/s, 광주기 24(light) : 0(dark)로 설정하고 working volume 2 L인 photo bioreactor를 batch로 운전하였다. Aeration rate는 0.1 ~ 1 vvm, pH 7 ~ 10로 설정하여 실험을 진행하였다. Aeration rate이 Scenedesmus dimorphus 의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, 0.3 vvm과 0.5 vvm 에서 높은 성장량을 나타냈다. 무기탄소의 공급량이 많은 1 vvm 조건에서는 성장량이 다소 낮게 나타났는데, 이는 과도한 폭기로 인해 미세조류에 미치는 전단응력이 증가하여 성장에 저해를 유발한 것으로 사료된다. 폭기조건의 경제성을 고려하여 0.3 vvm을 유지하는 것이 적정조건으로 도출되었다. pH가 Scenedesmus dimorphus의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, pH 9에서 가장 높은 성장량을 나타냈다

미세조류는 세계적으로 고갈되고 있는 화석연료를 대체할 차세대 신재생 에너지로 주목을 받고 있으며, 일반적인 미세조류 배양 공정에서 회수비용은 약 20~30%로 많은 부분을 차지하고 있어, 경제적인 회수방안이 필요하다. 본 연구는 경제적인 미세조류 회수방안을 위해 스스로 침전하게 되는 autoflocculation(AF)법과 응집제(PAC) 주입법에 관한 연구를 진행하였다. AF는 미세조류가 자발적으로 floc을 형성하여 침전하는 것이며, 미세조류의 광합성에 의한 pH 상승으로 인해 액상에 존재하는 calcium, magnesium 이온 등과 결합하여 침전물을 형성하며, 형성된 침전물은 양전하를 띄어, 음전하를 가지는 미세조류와 반응하여 침전물을 형성하는 방법이다. 실험에 필요한 미세조류(Scenedesmus dimorphus)를 배양하기 위해 용량이 20L인 원통형 반응기를 사용하여 미세조류 농도가 2 OD가 될 때까지 배양한 후 실험하였으며, jar-test기를 이용하여 AF가 일어나는 최적 조건을 찾기 위해 pH 7~12, Mg2+ 주입농도 0~100 mg/L, 침전시간 5~20 min을 달리하였으며, PAC을 이용한 실험 시 pH 5~8, 주입농도 0~120 mg/L 로 달리하여 실험을 진행하였다. 응집효율은 미세조류 회수 후 광생물 반응기(PBR)에서 미세조류 재배양을 고려하여 85~90％의 응집효율이 적절할 것이라 판단하였고, 실험결과 AF가 일어나는 적정 pH는 11.5, Mg2+ 적정 주입농도는 100 mg/L로 나타났으며, 침전시간에 따른 응집효율 변화는 5~20 min에서 약 2% 응집효율 변화가 나타나 침전시간은 5 min이 적절할 것이라 판단하였다. 응집제(PAC)를 이용한 실험결과 적정 pH 범위는 6~8, 적정 주입농도는 60 mg/L로 나타났으며, 이상의 농도에서는 응집효율에서 큰 차이가 나타나지 않았다.

Several tests and experimental work have been done for identifying the best growth conditions and accumulated amount of lipid moiety in B. braunii, a microalga(UTEX 572) in terms of media composition. The specific growth rate was found to be the highest at 0.15 g/L-day when the phosphorus concentration was doubled with the other ingredients at the normal level. Experiments for varied media compositions revealed that the accumulation of lipid was the highest at 48% (dry cell weight based) in the nitrogen deficient medium and its corresponding specific growth rate was comparative to that in the normal BG 11 medium. In the bubble column experiments, carbon dioxide containing air produced four times more cell mass than air only. Light and glucose addition also enhanced cell mass with maximum, 1.8 g/L and accordingly 42% of lipid composition, which turned out to be a better strategy for higher lipid-producing microalgal culture.

This study was performed to determine the optimum coagulant dosing for effective treatment of raw water in Chinyang lake. Removal rates of algae and characteristics of the water according to coagulants dosage were investigated by treatment with Microcystis aeruginosa, which is a kind of blue-green algae, to the raw water below 5NTU. The coagulants dosage for maximum removal rate of algae were 30 ㎎/ℓ of Alum, 30 ㎎/ℓ of PAC and 10 ㎎/ℓ of PACS, respectively. The removal rate of algae in 30 ㎎/ℓ of PAC was highest as 85% compared with the other treatments. At the point of maximum removal rate of algae, the removal rates of turbidity were 34%, 66% and 22% in Alum, PAC and PACS, respectively. Residual Al was decreased depend upon decreasing turbidity in water by treatment of Alum or PAC, but decreased depend upon increasing turbidity in water by treatment of PACS. The removal rate of Mn2+ in water was high in the order of Alum, PAC and PACS treatment. And Fe2+ in water was not changed by treatment of these coagulants. Particle numbers distributions according to the particle size of suspended solids that were not precipitated at 8 min. of settling time after treatment of coagulants dosage for the maximum removal rate of algae were investigated. Most of the particle sizes were below 30 ㎛ and particle numbers distributions below 10 ㎛ were 64%, 56% and 66% by treatment of Alum, PAC and PACS, respectively. Zeta potential was in the range of -6.1∼-9.7 mV at optimum coagulants dosage for algae removal.