• 대한환경공학회지
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• 제28권11호
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• pp.1213-1221
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• 2006

본 연구에서는 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX)반응을 유도하기 위해 양조폐수를 처리하는 메탄 생성 반응조의 입상 슬러지를 혐기성 반응기에 식종하였다. 암모니아성 질소($NH_4^+-N$)와 아질산성 질소($NO_2^--N$)를 1:1의 비율로 인공폐수를 조제하여 반응조를 운전하였다. 실험기간은 반응기의 유입 질소농도 조건에 따라 3개의 phase로 구분하였다. 각 phase별 유출수의 질소농도, COD, 알칼리도, 발생 가스 조성을 측정하여 처리효율을 평가하였다. Phase 1에서는 유입 $NH_4^+$-N $NO_2^-$-N를 각각 1.91 $gN/m^3{\cdot}d$부터 14.29 $gN/m^3{\cdot}d$까지 점차 높였으며 Phase 2에서 각 질소의 부하를 23.81 $gN/m^3{\cdot}d$, Phase 3에서는 19.05 $gN/m^3{\cdot}d$로 하여 운전하였다. 아질산성 질소($NO_2^-$-N)는 전 기간에 걸쳐 99%까지 제거 되었으며, 암모니아성 질소($NH_4^+-N$)의 제거율은 각 phase별로 변동폭이 높았으며 이 중 Phase 2에서 최대 75%까지 제거되었다. 한편 각 phase별 반응조의 미생물 군집 변화는 16s rDNA방법을 이용하여 분석하였다. 입상 슬러지의 접종 초기인 Phase 1의 경우 메탄생성이 일정하게 유지되었으며 메탄균과 탈질균이 공존하였다. Phase 2의 경우 아질산성 질소($NO_2^--N$)와 암모니아성 질소($NH_4^+-N$)의 제거율이 각각 99%와 75%까지 증가하였으며 이 때 ANAMMOX균의 존재가 확인되었다. Phase 3의 경우 외부 공기 유입으로 인하여 암모니아성 질소(NH4+-N)의 제거율은 급격히 감소하였으나 미생물 군집 중 여전히 ANAMMOX균이 관측되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권7호
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• pp.879-887
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• 2014

Bacteria that mediate the anaerobic oxidation of ammonium (anammox) have been detected in natural ecosystems, as well as various wastewater treatment systems. In this study, sludge from a particular landfill leachate anaerobic treatment system was selected as the incubation seed for anammox microorganism enrichment owing to its possible anammox activity. Transmission electron microscopy observation, denaturing gradient gel electrophoresis analysis, and cloning/sequencing techniques were applied to identify the diversity of anammox microorganisms throughout the incubation. During the early stage of operation, the diversity of anammox microorganisms was similar to the original complex microbes in the seed sludge. However, as incubation time increased, the anammox microorganism diversity within the system that was originally dominated by Candidatus (Ca.) Brocadia sp. was replaced by Ca. Anammoxoglobus propionicus. The domination of Ca. Anammoxoglobus propionicus produced a stable removal of ammonia (70 mg-N/l) and nitrite (90 mg-N/l), and the total nitrogen removal efficiency was maintained at nearly 95%. The fluorescence in situ hybridization results showed that Ca. Anammoxoglobus propionicus was successfully enriched from $1.8{\pm}0.6%$ initially to $65{\pm}5%$ after 481 days of operation. Therefore, the present results demonstrated the feasibility of enriching Ca. Anammoxoglobus propionicus from leachate sludge, even though the original cell count was extremely low. Application of this seldom found anammox organism could offer an alternative to current ammonia-nitrogen treatment.

• 한국물환경학회지
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• 제38권4호
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• pp.171-176
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• 2022

Recently, an autotrophic single-stage nitrogen removal (ASSNR) process based on the anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reaction has been proven as an economical ammonia treatment. It is highly evident that double-layered gel beads are a promising alternative to the natural biofilm for ASSNR because of the high mechanical strength of poly(vinyl alcohol) (PVA)/alginate structure and efficient protection of ANAMMOX bacteria from dissolved oxygen (DO) due to the thick outer layer. However, the thick outer layer results in severe mass transport limitation and consequent lowered bacterial activity. Therefore, the effects of the thickness of the outer layer on the overall reaction rate were tested in the biofilm model using AQUASIM for ammonia-oxidizing bacteria (AOB), nitrite-oxidizing bacteria (NOB) and ANAMMOX bacteria. A thickness of 0.5~1.0 mm is preferred for the maximum total nitrogen (TN) removal. In addition, a DO of 0.5 mg/L resulted in the best total nitrogen removal. A higher DO induces NOB activity and consequent lower TN removal efficiency. The optimal density of AO B and NO B density was 1~10% for a 10% ANAMMOX bacterial in the double-layered PVA/alginate gel beads. The real effects of operating parameters of the thickness of the outer layer, DO and concentrations of biomass balance should be intensively investigated in the controlled experiments in batch and continuous modes.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.421-421
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• 2021

도시화, 산업화로 인해 하수처리장 유입하수 내 질소 농도가 증가하면서 그에 따른 부영양화 발생, 수생태계에 독성을 미치는 등의 악영향 또한 증가하게 되었다. 하수 내 고농도 질소를 처리하기 위해 1990년 초 연구가 시작되어 현재 보편적으로 사용되고 있는 생물학적 질소 제거 공정은 산소공급과 외부탄소원 보충 과정에서 상당한 비용이 소요된다. 이와 같은 문제점이 대두됨에 따라 고도의 질소 제거 공정이 요구되면서, 경제적으로 개선이 이루어져 기존의 질산화·탈질 공정보다 효율적인 혐기성 암모늄 산화 공정(ANaerobic AMMonium OXidation, ANAMMOX)이 제안되었다. ANAMMOX 공정은 혐기성 조건 아래 전자공여체와 전자수용체로써 암모니아성 질소와 아질산성 질소를 이용해 질소가스 형태로 질소를 제거하는 공정이다. 질산화·탈질 공정과 비교했을 때, 폭기과정에서의 산소요구량 감소, 외부탄소원 불필요, 질소 제거 과정 단축 등의 장점을 가진다. 본 연구는 수처리공정에서의 ANAMMOX 공정의 적용 가능성을 확인하고, 암모니아성 질소대비 아질산성 질소 비율에 따른 Mainstream ANAMMOX 공정의 효율 비교를 통해 공정의 안정성과 높은 제거효율을 확보할 수 있는 NH₄⁺ 대비 NO₂^- 비율을 도출하는데 목적이 있다. 실험실 규모의 Mainstream ANAMMOX 반응조에 적용한 비율은 선행연구를 비롯한 화학양론식에서 제시된 비율을 바탕으로 산정하였다. 1.00부터 1.30의 전체적인 비율을 Initial과 Advanced 2개의 구간으로 나누어 운전한 결과, 각 구간의 NH₄⁺ 제거효율은 각각 58~86%, 94~99%였다. NH₄⁺ 대비 NO₂^- 비율이 증가함에 따라 공정의 안정성이 확보되고, NH₄⁺ 및 총질소(TN) 제거효율이 증가하는 경향이 나타났다. 본 연구의 결과는 수처리공정에서의 안정적인 ANAMMOX 공정 적용을 유도하고, ANAMMOX 공정의 성능개선을 도모하는 연구의 기초로 활용될 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권6호
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• pp.332-339
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• 2015

질소화합물은 부영양화 등 수질을 악화시키는 결과를 초래하므로 질소 제거는 수처리에 있어 가장 중요한 문제들 중 하나이다. 본 연구에서는 독립영양탈질 공정인 CANON (Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite)을 이용하여 암모니아성 질소 제거 효율을 평가하고, 미생물 군집 분석을 수행하였다. AOB (Ammonium Oxidizing Bacteria)와 ANAMMOX(ANaerobic AMMonium OXidation)균을 동시에 식종하고, $37^{\circ}C$에서 유입 암모니아성 질소농도 100 mg-N/L와 아질산성 질소 농도 100 mg-N/L 조건으로 운전한 결과, 성공적인 CANON 반응이 유도되었다. 유입수에서 아질산성 질소를 제외시키고 암모니아성 질소(100 mg-N/L)만을 공급하였을 때, DO농도 0.4 mg/L 이상에서는 CANON의 성능이 악화되었지만, DO농도를 0.3 mg/L으로 낮추자 71.3%의 총 질소제거효율을 나타내었다. 유입 암모니아성 질소 농도를 50 mg-N/L로 낮추었을 때, 질소 제거효율이 급격히 악화되었다. 그러나 유입농도를 다시 100 mg-N/L로 증가시키자 14일 만에 이전의 질소제거성능을 회복하였고, 이후 $76.1{\pm}4.9%$의 총 질소제거효율을 나타냈다. 온도를 상온($20{\pm}1^{\circ}C$) 조건으로 전환하자 초기에는 불안정한 CANON 반응이 일어났지만, 23일 이후에는 안정적인 총 질소제거효율($70.0{\pm}2.6$%)을 유지하였다. PCR-DGGE를 이용한 미생물군집 분석 결과, 식종원과 CANON의 미생물군집은 확연한 차이를 나타냈지만, CANON의 각 조건에 따른 미생물군집은 크게 다르지 않았다. 따라서 질소제거 성능의 악화는 미생물군집을 구성하는 미생물종의 변화에 기인하기 보다는 구성 미생물종들의 질소제거 활성의 저하에 기인하는 것으로 생각된다. 이러한 결과는 AOB와 ANAMMOX균을 식종하여 CANON 반응을 성공적으로 유도한다면, 이후 농도나 온도의 변화에도 안정적인 미생물군집을 유지할 수 있다는 것을 의미한다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제11권1호
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• pp.79-85
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• 2020

A single-stage deammonification with a sequencing batch reactor (SBR) that simultaneous nitritation, anaerobic ammonia oxidation (anammox), and denitrification (SNAD) occur in one reactor has been widely applied for sidestream of wastewater treatment plant. For the stable and well-balanced SNAD, a feeding strategy of influent wastewater is one of the most important operating factors in the single-stage deammonification SBR. In this study, single-stage deammonification SBR (working volume 30L) was operated to treat a high-strength ammonium wastewater (1200 mg NH₄⁺-N/L) with different feeding strategies (single feeding and nine-step feeding) under the condition without COD. Each cycle of the step feeding involved 6 sub-cycles consisted of aerobic and anoxic periods for partial nitritation (PN) and anammox, respectively. Contrary to unstable performance in the single feeding, the step feeding showed better deammonification performance (0.565 kg-N/m³/day). Under the condition with COD, however, the nitrogen removal rate (NRR) decreased to 0.403 kg-N/m³/day when the Nine-step feeding strategies had an additional denitrification period before sub-cycles for PN and anammox. The NRR was recovered to 0.518 kg-N/m³/day by introducing an enhanced multiple-step feeding strategy. The strategy had 50 cycles consisted of feed, denitrification, PN, and anammox, instead of repeated sub-cycles for PN and anammox. The multiple-step feeding strategy without sub-cycle showed the most stable and excellent deammonification performance: high nitrogen removal efficiency (98.6%), COD removal rate (0.131 kg-COD/m³/day), and COD removal efficiency (78.8%). This seemed to be caused by that the elimination of the sub-cycles might reduce COD oxidation during aerobic condition but increase the COD utilization for denitrification period. In addition, among various sensor values, the ORP pattern appeared to be applicable to monitor and control each reaction step for deammonification in the multiple-step feeding strategy without sub-cycle. Further study to optimize the number of multiple-step feeding is still needed but these results show that the multiple-step feeding strategy can contribute to a well-balanced SNAD for deammonification when treating high-strength ammonium wastewater with COD in the single-stage deammonification SBR.