• 대한환경공학회지
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• 제31권12호
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• pp.1075-1080
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• 2009

혐기성 소화 시 산발효 단계에서 지질 성분이 부분적으로 분해되고 지질 내 이중 결합이 포화됨을 통해 후단의 메탄발효 효율이 향상됨이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 혐기성 연속 회분식 반응조(anaerobic sequencing batch reactor, 이하 ASBR) 및 연속 흐름 교반 반응조(continuously stirred tank reactor, 이하 CSTR) 형태의 산생성조를 각각 운전하여 지질 분해 및 독성 저감 효율을 살펴보았다. 기질로는 두 가지 불포화(oleate and linoleate), 두 가지 포화(palmitate and stearate) 지방산(long-chain fatty acids, 이하 LCFA)로 구성된 LCFA 혼합물을 사용하였다. 반응조 내의 높은 미생물 보유량에 의해 ASBR이 수리학적 체류시간(hydraulic retention time, 이하 HRT) 12 hr 이하에서 우월한 성능을 보였다. HRT 9시간에서 ASBR은 36.7%의 LCFA 분해, 14.3%의 이중결합 포화, 43.8%의 산생성 효율을 보였으며, 이는 HRT 15시간의 CSTR 보다 각각 19%, 10%, 21% 높은 수치였다. 지질 함유 폐수의 혐기성 소화 시 ASBR을 이용한 산발효가 효과적일 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권7호
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• pp.839-845
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• 2007

용해성 glucose를 기질로 하여 혐기성 산발효조에서 동역학정수에 대한 온도의존성을 검토하였다. 온도범위는 $15^{\circ}C$에서 $30^{\circ}C$이며, 포화정수$(K_s\upsilon)$와 증식수율(Y)은 온도의 상승에 따라 감소하였지만, 최대비기질소비속도$(\upsilon_{max})$는 증가하였다. 기질소비속도와 균체 증식속도의 온도보정인자$(Q_{10})$ 값은 각각 1.3에서 2.2, 1.5에서 2.2의 범위를 보였다. 최대비기질소비속도$(\upsilon_{max})$가 증식수율(Y) 보다 온도의 변화에 대하여 더 민감하였다. $20^{\circ}C$에서 $30^{\circ}C$까지의 온도영역에서 체류시간과 기질농도의 관계에 대한 시물레이션 모델은 $1/SRT={(6.53){\cdot}(1.038)^{T-20}{\cdot}(S/X)}/{(1.38){\cdot}(0.983)^{T-20}+(S/X)}$이다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권4호
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• pp.596-606
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• 2019

N-acyl-homoserine lactone quorum sensing (AHL-QS) has been shown to regulate many physiological behaviors in Serratia marcescens MG1. In the current study, the effects of AHL-QS on the biosynthesis of acid and neutral products by S. marcescens MG1 and its isogenic ${\Delta}swrI$ with or without supplementing exogenous N-hexanoyl-L-homoserine lactone ($C_6-HSL$) were systematically investigated. The results showed that swrI disruption resulted in rapid pH drops from 7.0 to 4.8, which could be restored to wild type by supplementing $C_6-HSL$. Furthermore, fermentation product analysis indicated that ${\Delta}swrI$ could lead to obvious accumulation for acidogenesis products such as lactic acid and succinic acid, especially excess acetic acid (2.27 g/l) produced at the early stage of fermentation, whereas solventogenesis products by ${\Delta}swrI$ appeared to noticeably decrease by an approximate 30% for acetoin during 32-48 h and by an approximate 20% for 2,3-butanediol during 24-40 h, when compared to those by wild type. Interestingly, the excess acetic acid produced could be removed in an AHL-QS-independent manner. Subsequently, quantitative real-time PCR was used to determine the mRNA expression levels of genes responsible for acidogenesis and solventogenesis and showed consistent results with those of product synthesis. Finally, by close examination of promoter regions of the analyzed genes, four putative luxI box-like motifs were found upstream of genes encoding acetyl-CoA synthase, lactate dehydrogenase, ${\alpha}$-acetolactate decarboxylase, and Lys-like regulator. The information from this study provides a novel insight into the roles played by AHL-QS in switching from acidogenesis to solventogenesis in S. marcescens MG1.

• 한국물환경학회지
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• 제18권2호
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• pp.151-157
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• 2002

Landfill leachate is one of highly contaminated and heterogeneous wastewater. The leachate from initial landfill can be treated by anaerobic process because it contains biodegradable matters, particularly, volatile fatty acids (VFAs). However, the anaerobic treatment of leachate is generally required longer hydraulic retention time (HRT) than aerobic process and another treatment process to satisfy effluent concentration. Therefore the modification of conventional anaerobic treatment is needed. Two phase anaerobic membrane process (TPAMP) is an integrated membrane process to be able to separate anaerobic metabolism into two phase which are acidogenesis and methanogenesis for improvement of anaerobic treatment efficiency. In this study, the efficiency of TPAMP and conventional anaerobic treatment were compared in terms of HRT, effluent SCOD, VFAs Membrane used in TPAMP was the UF of capillary type with the surface area of $0.048m^2$. The average effluent SCOD of conventional anaerobic treatment was 1352 mg/L and the removal was 96 % at HRT 60 days, while in TPAMP, 927 mg/L and 98% at HRT 30 days.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.25-33
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• 2018

화석 연료의 고갈과 온난화 현상으로 인해 새로운 에너지원에 대한 관심이 급증하고 있다. 그 중에서 바이오가스는 유기성 폐기물 및 바이오매스를 혐기성 소화과정인 가수분해(hydrolysis), 산발효(acidogenesis), 유기산발효(acetogenesis), 메탄발효(methanogenesis)의 단계를 거쳐 발생되기 때문에 친환경적인 에너지자원으로 각광받고 있다. 그러나 바이오가스는 기존의 정제설비로는 제거할 수 없는 높은 미세분진 및 수분 함량으로 인해, 직접연소, 도시가스, 자동차용 연료 등 효율적인 이용을 위해서 정제시스템이 필요하다. 따라서 본 연구는 미세분진과 수분을 동시에 제거할 수 있는 정제과정의 전처리 방법으로써 원심력을 이용하는 냉각공정을 설계하였다. 원심력을 이용하여 분진을 제거하는 Cyclone 내 외부에 열교환기와 ID fan을 구성하여 주입되는 가스를 어는점 이하로 냉각시킴으로써 물안개를 형성시켜 분진입자를 제거하고, 일부 가스를 ID fan을 이용하여 재순환시켜 제거하는 고효율 냉각제어공정을 개발하였다. 수분제거는 유량(25~150L/min) 및 상대습도(60~95%)의 조건에서 시험하였다. 수분제거율은 상대습도 $95{\pm}5%$일 때 평균 80.8%, 입자제거율은 입자크기 $2.5{\mu}m$에서 평균 99.78%의 제거효율을 보였고, 수분과 입자의 동시제거효율은 수분 70.86%, 입자 99.67%의 평균값을 보여주었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권1호
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• pp.179-186
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• 2010

In biological wastewater treatment, high lipid concentrations can inhibit the activity of microorganisms critical to the treatment process and cause undesirable biomass flotation. To reduce the inhibitory effects of high lipid concentrations, a two-phase anaerobic system, consisting of an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor in series, was applied to synthetic dairy wastewater treatment. During 153 days of operation, the two-phase system showed stable performance in lipid degradation. In the ASBR, a 13% lipid removal efficiency and 10% double-bond removal efficiency were maintained. In the UASB, the chemical oxygen demand (COD), lipid, and volatile fatty acid (VFA) removal efficiencies were greater than 80%, 70%, and 95%, respectively, up to an organic loading rate of 6.5 g COD/l/day. No serious operational problems, such as significant scum formation or sludge washout, were observed. Protein degradation was found to occur prior to degradation during acidogenesis.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권2호
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• pp.270-279
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• 2014

Microbial community shifts, associated with performance data, were investigated in an anaerobic batch digester treating high-solid food waste under mesophilic conditions using, a combination of molecular techniques and chemical analysis methods. The batch process was successfully operated with an organic removal efficiency of 44.5% associated with a biogas yield of 0.82 L/g $VS_{removal}$. Microbial community structures were examined by denaturing gel gradient electrophoresis. Clostridium and Symbiobacterium organisms were suggested to be mainly responsible for the organic matter catabolism in hydrolysis and acidogenesis reactions. The dynamics of archaeal and methanogenic populations were monitored using real-time PCR targeting 16S rRNA genes. Methanosarcina was the predominant methanogen, suggesting that the methanogenesis took place mainly via an aceticlastic pathway. Hydrogenotrophic methanogens were also supported in high-solid anaerobic digestion of food waste through syntrophism with syntrophic bacterium. Microbial community shifts showed good agreement with the performance parameters in anaerobic digestion, implying the possibility of diagnosing a high-solid anaerobic digestion process by monitoring microbial community shifts. On the other hand, the batch results could be relevant to the start-up period of a continuous system and could also provide useful information to set up a continuous operation.

• 대한환경공학회지
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• 제27권1호
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• pp.85-92
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• 2005

도시하수 1차슬러지의 가수분해와 산발효특성 향상을 위해 슬러지상 형태를 가진 새로운 회분식 및 반연속시 발효시스템의 운전특성을 운전 온도와 pH를 함수로 평가하였다. 본 공정에서 적용한 산세정 슬러리 반응조는 pH 9와 고온($55^{\circ}C$)의 운전조건하에서 비교적 짧은 체류시간내 유출수내 다량의 유기산을 생산하는 우수한 운전특성을 가지고 있다. 가수분해 특성은 대상기질인 슬러지의 특성에 미치는 계절적 특성에 상당한 영향을 받았으나, 반면에 산형성특성은 거의 영향을 받지 않았다. 우기계절을 기준으로 할 때 최적 운전조건하에서의 휘발성 유기산의 생성과 회수율은 $0.18\;g\;VFA_{COD}\;g^{-1}\;VSS_{COD}$과 63.3%이었으며, 발효부산물로써 질소와 인의 용출율은 각각 $0.006\;g\;N\;g^{-1}\;VSS_{COD}$ 및 0.003 g $P\;g^{-1}\;VSS_{COD}$이었다. 실규모 처리장($Q=158,880\;$m^3\;day^{-1}$)에서의 물질수지 결과 우기계절동안의 휘발성 유기산과 비휘발성 유기산의 생산량은 약 $3,110\;kg\;VFA_{COD}\;day^{-1}$ 및 $1,800\;kg\;COD\;day^{-1}$이었는데, 이는 유입 하수기준으로 약 $31\;mg\;COD\;L^{-1}$, $20\;mg\;VFA_{COD}\;L^{-1}$, $0.7\;mg\;N\;L^{-1}$ 및 $0.3\;mg\;P\;L^{-1}$의 수질향상을 가져올 것으로 평가되었다. 이 공정의 적용에 따라 유입하수 $1,000\;m^3$ 당 약 $67 (에너지 비용 제외시)의 경제적 이득이 있으며, 건기계절시에는 이보다 더 높은 경제성을 가질 것으로 기대된다. 또한 본 연구결과 고성능 발효조는 병원성균이 없는 안정화된 고형물 생산, 우수한 고형물 분리특성 및 경제성 등 다양한 장점이 있는 것으로 나타났다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2005년도 생물공학의 동향(XVI)
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• pp.65-66
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• 2005

Anaerobic digestion is one of the well-known methods for biological treatment handling of concentrated organic matter such as swine $wastewater.^{1)} The anaerobic digestion can reduce organic loading but also hydrolyze non-biodegradable organic $matter.^{2)}$ The feces from the scrapper-type barn are usually collected to make compost and the urine is discarded with swine-slurry wastewater by ocean-dumping or treated by biological methods. The lagoon, aerobic digestion, anaerobic digestion, SBR, $A^{2}/O$, and UCT have been applied for treating swine $wastewater.^{3)} In this study, as a result of the analysis of swine wastewater, the total and soluble chemical oxygen demand was 130g/L and 60g/L, respectively. And the volatile fatty acid as chemical oxygen demand equivalent was 45g/L, which was 75% of soluble chemical oxygen demand. Before everything else, ammonia nitrogen concentration was 6.5 g/L. From biochemical acidogenic potential test, it was concluded that the enhanced acidification process to manage swine waste should be operated in the ammonia nitrogen concentration of less than 1.2 g/L. In the result of seeding ratio experiments with artificial $wastewater^{4)}, the lag period of acidogens was taken the long time because of the inhibition by the $ammonia^{5)}$, however no difference of period by the seeding ratio was not shown. The Haldane-based biokinetics were also evaluated using a method of fourth order Runge-Kutta $approximation.^{6,7)}$ The nonlinear least squares (NLLS) method with a 95% confidence interval was also used. The ranges of maximum microbial growth rate, ${/mu_{max}}$, and half saturation coefficient, $K_{s}$, for acidogenesis of various seeding ratio with artificial wastewater were 6.1 ~ 12.6 $d^{-1}$ and 45,000 ~ 53,500 mg glucose/L, respectively. Also, the methanogenic microbial yield coefficient, Y, and microbial decay rate coefficient, $k_{d}$, and inhibition substrate concentration, $K_{si}$, for the reactors were determined to be 0.32 ~ 0.465 ${/mu}g$/mg glucose; 0.42 ~ 1.01 $d^{-1}$ and 51,500 ~ 55,600 mg glucose/L, respectively.

• 대한환경공학회지
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• 제34권3호
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• pp.214-222
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• 2012

본 연구는 음식물쓰레기를 혐기성 소화를 이용하여 중온 및 고온에서의 OLR에 따른 처리효율을 평가하였다. 실험은 중온($35^{\circ}C$) 및 고온($55^{\circ}C$)의 온도조건에서 산발효 회분식 실험, BMP test 그리고 연속식 실험을 실시하였다. 산발효 회분식 실험의 경우 VS 제거효율은 각각의 온도에서 27.3, 30.6%이었으며, $35^{\circ}C$에 비해 $55^{\circ}C$에서 제거효율이 더 높았다. VS와는 반대로 SCOD는 시간이 지남에 따라 농도가 증가하였고, 각 온도의 가용화율은 27.4, 33.4%로 VS가 제거되는 농도와 SCOD가 증가하는 농도가 비슷하였다. BMP test에서 최종 메탄수율 결과 중온 461, 고온 413 $mL{\cdot}CH_4/gVS$가 발생하였다. 산발효조에서 SCOD 가용화율은 고온이 중온에 비해 8~7% 정도 높게 나타났다. 중온메탄발효조의 경우 낮은 유기물 부하에서 고온메탄 발효조에 비해 유기물제거 효율이 높게 나타났지만 높은 유기물 부하에서는 고온메탄발효조가 유리하였다. 고온메탄발효조의 VS제거 효율이 중온에 비해 낮은 경향이었으나, 6 $kgCOD/m^3{\cdot}day$ 고형물 농도에서는 중온소화의 VS제거 효율은 감소하였다. 중온메탄생성조의 유기물 부하에 따른 가스발생량은 12.6, 21.6, 27.4 L/day이었고, 고온의 경우 14.3, 20.6, 25.2 L/day로 중온소화에 비해 각각의 모드별로 약 5~10% 낮은 메탄발생량을 나타내었다.