• 대한환경공학회지
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• 제37권12호
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• pp.689-695
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• 2015

부착성 미생물을 이용하여 기체상 오염물질을 여과 방식으로 처리하는 생물 공정은 기체상의 흐름 특성과 공정 인자간 관련성이 매우 복잡하게 작용하는 특징을 가진다. 본 연구는 기체상 공정의 특성으로 미세한 변화에도 반응이 급변하는 현상과 물질간 반응관계의 중요성을 고려하여 일반화된 plug flow계 반응조의 공정 분석 도구로 활용 가능한 1차원 동적 수치해석 모델을 개발하였다. 개발 모델은 물질수지 원리를 기초하여 확산을 단순화하고 물질간 경쟁, 상승, 억제 반응 등 상호 반응관계를 반영하여 구성이 용이하도록 하였다. 개발 모델의 적용성 평가는 저속과 고속으로 구분된 BTX 제거 실험에 대하여 보정과 검정 절차로 수행되었다. 개발 모델은 고속 조건의 toluene을 제외하고 모든 조건과 항목에서 상관계수($R^2$) 0.79 이상에서 실험 결과를 재현하였다. 개발 모델은 연속흐름(plug flow)계로써 기체상-생물막의 일반화된 공정에 적용할 수 있는 것으로 평가되었으며 복잡하고 다양한 공정 실험에서 설계 인자 분석 및 효율 평가에 유용한 도구로 사용될 수 있다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권9호
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• pp.1028-1033
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• 2009

In this study, the dynamics of living cells (LC) and dead cells (DC) in a laboratory-scale biofilm membrane bioreactor for waste gas treatment was examined. Toluene was used as a model pollutant. The bacterial cells were enumerated as fluoromicroscopic counts during a 140 operating day period using BacLight nucleic acid staining in combination with epifluorescence and confocal laser scanning microscopy (CSLM). Overall, five different phases could be distinguished during the biofilm development: (A) cell attachment, (B) pollutant limitation, (C) biofilm establishment and colonization, (D) colonized biofilm, and (E) biofilm erosion. The bioreactor was operated under different conditions by applying different pollutant concentrations. An optimum toluene removal of 89% was observed at a loading rate of 14.4 kg $m^{-3}d^{-1}$. A direct correlation between the biodegradation rate of the reactor and the dynamics of biofilm development could be demonstrated. This study shows the first description of biofilm development during gaseous toluene degradation in MBR.

• Environmental Engineering Research
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• 제12권4호
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• pp.157-175
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• 2007

The membrane biofilm reactor (MBfR) creates a natural partnership of a membrane and biofilm, because a gas-transfer membrane delivers a gaseous substrate to the biofilm that grows on the membrane's outer wall. $O_2$-based MBfRs (called membrane aerated biofilm reactors, or MABRs) have existed for much longer than $H_2$-based MBfRs, but the $O_2$-based MBfR is a versatile platform for reducing oxidized contaminants in many water-treatment settings: drinking water, ground water, wastewater, and agricultural drainage. Extensive bench-scale experimentation has proven that the $H_2$-based MBfR can reduce many oxidized contaminant to harmless or easily removed forms: e.g., ${NO_3}^-$ to $N_2$, ${ClO_4}^-$ to $H_2O$ and $Cl^-$, ${SeO_4}^{2-}$ to $Se^0$, and trichloroethene (TCE) to ethene and $Cl^-$. The MBfR has been tested at the pilot scale for ${NO_3}^-$ and ${ClO_4}^-$ and is now entering field-testing for many of the oxidized contaminants alone or in mixtures. For the MBfR to attain its full promise, several issues must be addressed by bench and field research: understanding interactions with mixtures of oxidized contaminants, treating waters with a high TDS concentration, developing modules that can be used in situ to augment pre-denitrification of wastewater, and keeping the capital costs low.

• KSBB Journal
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• 제21권3호
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• pp.188-193
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• 2006

본 연구에서는 신 개념의 바이오필터 시스템인 RDBF를 이용하여 기상의 styrene을 제거하고자 하였다. 다양한 운전조건에서 시스템의 성능을 평가하고, 진공흡입을 통해 과다성장 미생물을 제어하고자 하였다. RDBF에서는 sheet 형태의 충진 담체를 사용하므로 영양원 및 공기의 균일한 공급이 가능하였고, 빠른 속도로 균일한 미생물 층을 담체 표면에 형성할 수 있었다. 또한 기-액 접촉면적을 증대 시켜 95% 이상의 안정적이고 높은 styrene 분해 효율과 $125g/m^3{\cdot}hr$의 높은 제거 용량을 가질 수 있게 해주었다. 하지만 우수한 성능은 미생물의 과다성장에 따른 기공의 폐쇄현상 때문에 오래 지속되지 않았고 반응기의 성능과 안정성은 급속히 저하되었다. 이를 해결하기 위해 진공흡입을 통한 미생물 제거를 시도하였으나 제한적인 효과만을 확인하였다. 향후 RDBF 반응기의 상업화를 위해서는 보다 효율적인 미생물 제어 방법이 개발될 필요가 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.789-797
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• 2008

본 연구에서는 파쇄된 타이어칩을 담체로 충진한 biofilter를 이용하여 악취의 원인 물질인 trimethylamine(TMA)의 제거특성을 실험하였다. 실험에서 사용된 미생물은 S 수탁폐수 처리업체에서 채취한 활성슬러지를 순응 배양 하였으며, peristatic pump를 이용하여 20일간 바이오필터의 담체에 순환시키면서 접종 하였다. Biofilter의 안정화를 확인한 후 유입 농도와 공간속도를 변화시켜 처리효율을 측정하였으며, 침출수중의 액상 TMA, COD$_{Cr}$, NO$_3{^-}$-N, NO$_2{^-}$-N, NH$_4{^+}$-N, EPS(Extracellular Polymeric Substances)를 측정하여 생물학적인 영향과 처리효율에 대해 평가하였다. TMA의 유입농도를 약 10 ppm의 범위로 고정하고 SV(space velocity)를 120 hr$^{-1}$에서 240 hr$^{-1}$까지 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 120, 180 hr$^{-1}$에서는 95% 이상, SV 240 hr$^{-1}$에서는 최대 90%, 최소 80%의 제거효율을 얻어 최적 제거 공간 속도는 180 hr$^{-1}$임을 확인 할 수 있었다. 또한, SV를 180 hr$^{-1}$, 유입농도를 5$\sim$55 ppm까지 단계적으로 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 유입농도 10 ppm까지는 95%, 유입농도 10$\sim$30 ppm에서는 80%의 제거율을 보임을 알 수 있었고, 유입농도 40 ppm 이상에서는 제거효율이 급격히 감소하는 경향을 보여 TMA에 대한 임계 최대 제거 농도는 40 ppm임을 확인 할 수 있었다. Kinetic analysis를 통해 얻은 TMA의 최대 제거 속도($V_m$)와 기질친화상수($K_s$)는 각각 14.3 g$\cdot$m$^{-3}$$\cdot$h$^{-1}$과 0.043 g$\cdot$m$^{-3}$로 나타났으며, 충격부하에 대한 미생물의 순응 기간은 100$\sim$150 hr 정도로 나타났다. 또한, 침출수중의 EPS 농도가 100$\sim$200 ppm의 범위에서 지속적으로 측정되어 반응기내에서 생물막이 지속적으로 생성되어짐을 확인 할 수 있었다.