미소전극 센서를 이용한 탈질 생물막내의 이온 농도측정

Measurement of Ion Concentrations in Denitrifying Biofilm by Microelectro-sensor

생물학적 수처리공정의 생물막 (호기성 혹은 혐기성) 내의 생물막 두께 및 이온들의 농도구배등에 대한 모델링을 위하여 종래에 이론적으로만 접근하던 방법 대신, 실제로 생물막을 이동하며 측정하여 분석하는 첨단 연구 방법인 미소전극탐침을 제작하여 적용하였다. 미소전극 센서장치에서 가장 중요한 요소 중에 하나인 working 미소전극탐침은 생물막내의 전위차 (EMF, electromotive force)를 측정할 때 오염과 파손 등에 의해서 수명이 짧아지기 쉽기 때문에, 각각의 working 미소전극탐침의 제작방법에 대하여 논의하였으며, 제작된 pH와 $NO_3{^-}$ 미소전극탐침으로 탈질 미생물막 이온들의 농도를 막 깊이별로 측정하였다. 미소전극 센서장치에 의한 측정결과, 탈질 미생물막 내부에서의(생물막 표면에서 약 $350{\mu}m$) pH는 8.3 정도로 벌크용액상(bulk solution)의 pH 8보다 약간 상승하였으며, $NO_3{^-}$의 농도는 벌크용액상의 30 mg N/L농도에서 최종 4 mg N/L 청도로 나타났다.

Microelectrode probe was made and applied to the biofilm in the biological treatment process as the state-of-art technology in order to actually measure the biofilm thickness, ionic concentration gradient, and material transport, etc. instead of classical theoretical approach. The working microelectrode, one of the main components of microelectrode probe, was easily contaminated and broken when determining the differences in the ionic concentrations through the measurement of biofilm's EMF (electromotive force). As a demonstration, two microelectrode probes were constructed in our lab for the measurement of the pH and $NO_3{^-}$ concentration in denitrifying biofilm. The microelectrode probe through the inner biofilm ($350{\mu}m$ from the surface of biofilm) showed that the pH was increased from pH 8 in the bulk solution to pH 8.3, on the other hand, the $NO_3{^-}$ concentration was decreased from 30 fig N/L in the bulk solution to 4 fig N/L.