본 연구는 재래식 혐기성 공법에 비해 메탄회수율과 처리효율이 우수한 막분리형 이상 혐기성 반응시스템을 개발하여 산생성 반응조의 미생물 체류시간을 증대시키고 시스템 운전효율을 향상시키기 위해 수행하였다. Pilot plant 운전에 사용된 막은 셀룰로오스 계통으로 $0.5{\mu}m$의 막공경과 $0.8m^2$의 유효 표면적을 가졌으며 메탄발효조는 UASB와 AF로 구성되어 있다. 혐기성 침지형 반응조를 운전한 결과 COD 제거율은 70~80%, 생성가스 중 메탄함율은 90%까지 향상시킬 수 있었다. Pilot plant 운전동안 막의 케이크 저항이 중요한 막오염원으로 나타남에 따라 이를 최소화하기 위해 세가지 공경 (40, 53, $63{\mu}m$)을 가진 전처리 필터로 적용하였다. 적용된 prefilter중 $63{\mu}m$ 전처리 필터의 경우가 가장 효과적으로 케이크 저항을 줄이고 막 유속을 증가시켜 50일 이상 장기운전을 가능케 하였다. 또한 장기 운전으로 인한 막 오염물질은 산과 알카리 세척용액에 의해 연속적으로 세척함으로써 최초 막유속의 89% 까지 회복할 수 있었다.
연구 목적 : 구취의 주된 화학적 요소는 휘발성 황 화합물 (VSCs)들이다. 이들은 치태, 설태, 타액과 혈액, 상피세포의 혐기성 그람 음성 세균에 의한 단백분해 변성으로 만들어 진다. 또한 구취는 치주질환과 타액내의 세균의 증가를 야기하는 불량한 구강 위생상태에서 기인한다고 보고되고 있다. 이 연구의 목적은 VSCs를 측정함으로 구취에 대한 비외과적 치주 치료의 영향을 평가하고, 타액내의 세균 수를 측정함으로써 VSCs와의 상관관계를 살펴보고자 하는 것이다. 연구 대상 및 방법 : 중등도의 만성치주염을 가지는 23명의 참가자들이 대조군과 실험군으로 분류되었다. 대조군은 구강위생교육 (치간청결기구와 혀세정 포함)만을 시행하였고 실험군은 구강위생교육과 함께 24시간 내에 전악 치석제거술과 치근활택술을 시행하였다. 치료 전과 치료 4주 후에 VSCs 농도를 $Halimeter^{(R)}$(Interscan Corp., CA, USA)를 사용하여 측정하였고 타액 시료는 혐기성과 호기성 조건에서 배양되었다. 결과 : 4주 후에 두 군 모두에서 휘발성 황화합물의 농도가 유의하게 감소하였고, 실험군에서의 감소량이 통계적으로 유의하게 더 크게 나타났다. 타액 내 세균의 배양에서 총세균수에 대한 혐기성 세균의 비율이 실험군에서만 통계적으로 유의하게 감소하였다. 그러나 세균의 비율과 휘발성 황화합물의 농도와의 상관관계는 낮게 나타났다. 즉 구취의 감소는 타액 요인 보다는 치주치료에 의한 다른 복합적인 인자의 작용에 의한 것으로 추론할 수 있었다. 결론 : 본 연구는 중등도의 치주염환자에서 구강위생교육만으로도 구취의 주요 화학적 요인인 휘발성 황화합물의 농도를 감소시킬 수 있으나 비외과적 치주치료를 동반하였을 때 더욱 큰 효과를 얻을 수 있는 것으로 해석된다. 그러나 실험 참가자의 수가 적었고 장기간의 분석이 이루어지지 않았으므로 앞으로 더 많은 연구가 구취에 대한 치주치료의 영향을 이해하기 위해서 필요할 것으로 사료된다.
2005.1.1부터 직 매립 금지 이후 음식물쓰레기를 처리하는 데 있어 많은 사회적 문제가 대두되고 있다. 그리고 우리나라의 경우 전국 음식물쓰레기 배출량이 11,398ton/day('03)으로 상당히 많은 양이 배출되고 있으며, 주로 음식물쓰레기는 매립, 소각, 사료나 퇴비로 재활용하는 방법으로 처리하고 일부 음식물쓰레기는 혐기성으로 처리 하는 방법이 사용되어 왔다. 이 중 혐기성 처리는 유용한 메탄가스를 발생하여 에너지로 사용가능 하다. 본 연구에서는 pH가 낮고 많은 양의 유기물과 고형물을 함유하고 있어 1단 혐기성 처리시 운전에 영향을 줄 것으로 예상되는 음식물쓰레기의 1단 혐기성처리 가능성 및 혐기성 처리시 메탄가스를 이용하여 에너지로서 사용 가능성에 대해 알아보고자 연구를 실시 하였다. 처리시간과 비용을 절감하기 위해 산형성조를 거치지 않고 반 고형물의 유입시 부유물로 인해 발생될 수 있는 plugging와 channeling 현상을 방지하기 위해 USAB(up flow anaerobic sludge blank)의 장점과 낮은 pH의 음식물 쓰레기의 유입시 미생물에 미칠 수 있는 충격을 최소화 할 수 있는 AE(anaerobic filter)장점을 조합하여 환형유공 지지막속에 그레뉼을 충진시킨 Hybrid Anaerobic Reactor(HAR)를 제작하여 실험을 실시하였다. 본 연구에 앞서 음식물쓰레기의 혐기성 생분해도 실험을 실시하여 혐기성처리가능성을 검토하였으며 실험결과 첨가된 VS량당 총 누적메탄량은 $0.471(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$로 원소 분석하여 얻은 이론 메탄발생량 $0.58(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$의 $81.2\%$를 나타냈으며 유기물 분해속도 상수는 $0.18(d^{-1})$로 혐기성 처리가 가능하다는 사전 연구 결론을 도출하였다. 연구 결과, 낮은 pH인 음식물 쓰레기를 처리시 산발효조를 거치지 않고도 혐기성 처리가 가능하였으며, 높은 농도로 존재하는 유기물 및 고형물의 처리효율은 매우 양호했고 또한 인의 제거율도 높게 나타났다. 연구결과를 토대로 전국 음식물쓰레기(11,398ton/d)를 대상으로 에너지를 산출하면 Braun에너지 환산계수 $5.97kwh/m3(60\%\;CH_{4})$를 적용할 때 우리나라의 1일 음식물에서 발생되는 에너지 총량은 6,727MWh로 환산될 수 있으며 이는 유기물(COD)당 발생되는 메탄 가스량을 에너지원으로 사용하기에 충분히 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과에 의하면 고농도의 유기물이 함유된 음식물쓰레기는 Hybrid Anaerobic Reactor (HAR)를 이용하여 HRT 30일 정도에서 충분히 직접 혐기성처리가 가능하며, 이때 발생된 $CH_{4}$를 회수하여 이용하면 대체에너지원으로 활용 가치가 높은 것으로 판단된다.
Anaerobic ammonium oxidation with nitrite to $N_2$(anammox) is a recently discovered microbial reaction with interesting potential for nitrogen removal from wastewater. Here we investigated the microbial community structure in the sequencing batch reactor(SBR) with an anammox activity. The SBR was optimized for the enrichment of a very slowly growing microbial community and showed that possibility of anaerobic ammonium oxidation. Fluorescence in situ hybridization(FISH) analysis revealed that anaerobic ammonium oxidizers were Candidatus Brocadia anammoxidans and Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. Furthermore, Nitrosomol1as spp. of the ${\beta}$ -subclass of Proteobacteria was also present within the anaerobic SBR microorganisms.
Sediments collected from the Jungnang-cheon and its tributaries were used to enumerate anaerobic bacteria by most probable number (MPN) methods. A simple method was developed to detect ferrous ion in the culture fluid in order to count the number of iron ion reducers, and sulfate-reducing bacteria (SRB) and methanogens were detected by the presence of FeS precipitate in the culture or methane in the head space, respectively. The numbers of iron reducer was in the range of 10$^{7}$ - 10$^{8}$ /g in the sediment of the stream containing higher organic content than the tributaries. The sediments of tributaries were analyzed to contain iron reducers less than 10$^{7}$ cells/g. With one exception the numbers of SRB and methanogens were less than 10$^{3}$ cells/g in the sediment. From these results it is concluded that organics in the sediment support the growth of iron reducers, which out-compete SRB and methanogens.
Carbon monoxide (CO)-utilizing acetogens were enriched and KIST612 isolated from anaerobic digester fluid was selected for its abilities to tolerate high CO and acetate concentration. The isolate KIST612 was identified as Eubacterium limosum based on the morphological and biochemical characteristics, G+C content of DNA and 16S rRNA sequence analysis. E. limosum KIST612 produced acetate and butyrate from CO. The optimum temperature and pH for the growth and acids formations were 37$\cdot $C and 7.0, respectively. The growth rate and acids productivity of E. limosum KIST612 were higher than those of any other known acetogens when CO was used as the sole energy and carbon source.
In oil-contaminated environments, anaerobic biodegradation of toluene depended on the concentration and distribution of terminal electron acceptor as well as the physicochemical properties such as DO concentration, redox potential and pH. This study showed the anaerobic biodegradation of toluene in two different soils by using nitrate reduction, ferric iron reduction, sulfate reduction and methanogensis. Toluene degradation rates in the soil samples taken from rice filed and tidal mud flat by nitrate reduction were higher than those by other processes. Tho soil samples from the two fields were enriched for 130 days by providing toluene as a sole carbon source and nitrate or sulfate as a terminal electron acceptor. The toluene degradation rates in the enriched denitrifying consortia obtained from the rice field and tidal mud flat soil were 310.7 and 200.6 $\mu$mol$ L^{-1}$ / $d^{-1}$, respectively. The toluene (legradation rates in the enriched sulfate-reducing consortia from the fields ranged fi-om 149.1 to 86.1$\mu$mol $L^{-1}$ / $d^{-1}$ .
A $C_{1}$ enriched cellulase fraction was separated from culture filtrate of anaerobic Clostridium thermocellum by hydroxyapatite column chromatography. The separated fraction showed strong synergistic action with $C_{x}$ component (endo-$\beta$-1, 4-glucanase) in digestion of crystalline cellulose, similar to the other aerobic cellulolytic microorganisms. Unlike the $C_{x}$ component the $C_{1}$ enriched fraction was rapidly inactivated by oxidation at the atmospheric condition. The enzyme activity was significantly enhanced by the addition of reducing agents, especially $\beta$-mercaptoethanol, which indicates that a $C_{1}$ component has a lot of sulfhydryl groups essential for the enzyme activity. The effect of metal ions on $C_{1}$ activity was also investigated. The $C_{1}$ fraction was found to be thermally stable compare to endo-$\beta$-1,4-glucanase. Optimal temperature and pH were found to be 60.deg.C and 6.0, respectively.
일본에서는 분뇨를 비료로서 오래동안 사용해왔으나 1954년 일본학술회의가 $\ulcorner$분뇨처리타개책$\lrcorner$을 정부에 권고하여 그해 $\ulcorner$청소법$\lrcorner$이 제정되고, 비료로서의 분뇨의 안전화$.$안정화를 도모해온 역사에 의하여 이들 일반폐기물로서 분뇨를 처리한다는 방향이 정해졌다 그리하여 수회에 결쳐 분뇨처리 시설의 구조기준이 정해졌는데 1977년에는 $\ulcorner$분뇨 처리시설구조지침$\lrcorner$이 나오게 되고 현재까지의 기술의 집대성이 등장하게 된 것이다. 이 지침에 나타나 있는 바는 다음과 같다. 1) 혐기성소화방식 2) 호기성처리방식 a. 호기성소화처리방식 b. 희석폭기처리방식 c. 일반활성오이처리방식 d. 이단활성오이처리방식 3) 무리화학적처리방식 습식산화처리방식 이들 중 혐기성소화방식은 악취때문에 환경에 나쁜 영향을 주는 경우가 많으므로 현재 그 건설수는 감소하고 있다. 습식산화방식은 한국에서 수개시설이 건설되어 있고 연구도 진행되고 있는 것으로 듣고 있다. 저자들은 호기성소화처리를 중심으로 한 호기성처리법의 연구를 1969년 이래 실시해왔는데, 최근의 시설은 호기성처리의 방식을 채택하는 경우가 주로 많아지고 있다. 따라서 호기성처리법에 대하여, 저자등의 연구를 중심으로 한 일본의 연구자의 성과를 소개하겠다.
상향류 혐기성 블랭킷 반응조를 이용한 매립지 침출수 처리시 입상슬러지 첨가 유무에 상관없이 성공적인 처리가 가능하였다. 입상슬러지의 첨가는 초기 운전기간를 현저히 단축할 수 있었다. 수리학적 체류시간 1일과 $4-8kgCOD/m^3.d$ 의 유기물 부하율에서 Control 반응조와 Granule 반응조의 COD 제거율은 90% 이상을 유지하였다. 실험기간 동안 입상슬러지 첨가 유무에 상관없이 슬러지 표면과 반응조 벽면에 무기 침전물이 축적되었다. 비메탄 활성도는 미생물의 기질에 대한 적응도와 유기물 부하량이 증가함에 따라 증가하였다. Granule 반응조의 최대 비메탄 활성도의 값은 $0.57gCOD/g{\cdot}VSS{\cdot}.d$로 나타났다. 비록 본 연구에서는 과도한 무기물 축적으로 인한 비메탄 활성도의 저감은 발생하지 않았으나 무기물의 제거를 위하여 유입수의 전처리 공정이 필요할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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