이 연구에서는 주류 폐수에서 메탄의 생성을 억제하고 MEC 를 통해 수소를 생산하는 가능성을 확인하기 위해 다양한 전처리 방법을 조사하였다. 주류 폐수는 맥주 생산 과정에서 발생하는 폐수로, 높은 유기물 농도와 거대한 분자 크기로 구성되어 있다. 기존의 MEC 연구에서는 이러한 폐수를 혐기성 환경에서 발효 등의 과정을 통해 메탄을 생산하는 것이 주된 연구였다. 그러나 이러한 방식은 이미 methanogens 의 생장이 진행된 상태에서 수소 생산을 거의 못하거나 생산량이 매우 적고 메탄 함량이 높아 수소 생산에 적합하지 않았다.
따라서 본 연구에서는 발효 과정이 아닌 물리적, 화학적인 방법을 사용하여 고분자 덩어리와 미생물을 파괴하고 MEC 에서 생물막이 처리하기 쉬운 형태로 전처리 하는 실험을 계획하였다. 전처리 방법으로는 알칼리 처리, 열 처리, 초음파 처리 등이 사용되었다. 알칼리 처리는 pH 를 12 까지 높여 슬러지 내의 고분자 물질, 특히 단백질과 같은 물질을 분해하는 데 효과적인 방법이었다. 이를 기본으로 하여 열 처리 또는 초음파 처리와 조합하여 사용하였다. 열 처리는 고온에서 빠르게 처리하는 방법과 상대적으로 낮은 온도에서 긴 시간 처리하는 방법이 있었는데, 슬러지를 처리하기에는 낮은 온도로 긴 시간 처리하는 방법이 더 효과적이라고 판단되어 저온 처리법을 채택하였다. 초음파 처리는 특히 고분자 덩어리를 깨뜨리는 데 효과적인 방법으로, 700W 의 파워로 200 mL 의 슬러지에 3 시간 동안 적용되었다.
모든 전처리 과정이 완료된 후 MEC 에서는 8000 rpm 으로 30 분 동안 원심 분리를 통해 남은 고형물을 제거하고 상층 액만 사용하였다. 상층 액은 50 mM 의 bicarbonate buffer (BB)와 phosphate buffer (PB), 버퍼 처리를 하지 않는 총 3 가지 버퍼 조건으로 처리된 후 염산을 이용하여 pH 를 중성으로 조정하였다. 이 후 기질로 이용되기 직전에 아세틸렌 가스를 10 분 동안 퍼징하여 사용되었다. 실험 결과는 각 버퍼 조건에서의 MEC 성능을 비교 분석하였고, 수소 생산 속도, 전류 밀도, 전체 효율성 등에서 차이를 확인하였다.
이 연구를 통해 주류 폐수의 MEC 처리에 있어 알칼리 처리와 알칼리 처리와 초음파 처리의 조합이 효과적인 전처리 방법임을 확인할 수 있었다. 또한, PB 대신 BB 의 사용이 수소 생산에 대한 잠재력을 향상시킬 수 있음을 보여주었다. 앞으로의 연구에서는 이러한 전처리 방법의 최적화를 위한 추가적인 조사와 개선이 필요하며, MEC 에서 폐수를 활용한 수소 생산을 하기 위해 BB 조건이 anode 의 biofilm 에 어떤 영향을 주는지 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.