A chemical sequencing batch reactor was operated to test the feasibility of nutrient recovery from a biological livestock wastewater treatment plant. Both phosphate and ammonia could be successfully recovered as magnesium ammonium phosphate (MAP) crystals. The contents of TP and TN in the recovered MAP crystals were 26.2% and 4.0%, respectively. Zn, Cr and Ti were identified in the crystals, but the contents remained below the Korean standard for an organic fertilizer. Chemical analyses confirmed that the MAP crystals could be useful phosphate fertilizers. On the other hand, the results of physical analyses using an X-ray diffractometer and an energy dispersive X-ray spectrometer strongly suggested that crystalline materials like magnesium potassium phosphate (KMP) and hydroxyapatite (HAP) were also formed during the MAP crystallization, depending on the availability of K+ and Ca2+.
혐기성 소화 슬러지 탈리여액을 대상으로 마그네슘 공급원이 인산암모늄마그네슘(MAP) 결정화에 의한 인산염 회수에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 회분식 실험을 실시하였다. 마그네슘 공급원으로 염화마그네슘, 수산화마그네슘 그리고 산화마그네슘을 사용하여 다양한 pH (7.5, 8.0 및 8.5) 조건 및 Mg/P 몰 비율(1.0, 1.5, 2.0 및 2.5)에서 인산염 회수를 실시하였다. 그 결과, 마그네슘 공급원과 관계없이 pH 조건과 Mg/P 몰 비율이 높을수록 인산염 회수율이 증가하였다. pH가 가장 낮은 7.5의 조건에서는 Mg/P 몰 비율이 증가할수록 인산염 회수율이 증가하였는데 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 염화마그네슘의 순으로 높았다. 그러나 pH가 가장 높은 8.5의 조건에서는 Mg/P 몰 비율과 관계없이 모든 마그네슘 공급원에서 90% 이상의 높은 인 회수율을 얻을 수 있었다. 따라서 낮은 pH 조건에서도 높은 인산염 회수율을 얻을 수 있었던 수산화마그네슘과 산화마그네슘이 경제적인 측면뿐만 아니라 효율적인 측면에서도 염화마그네슘을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
Phosphorus is a vital resource for sustaining agriculture and nutrition, but a limited non-renewable resource. Thus, the recovery of phosphorus from waste activated sludge(WAS) was attempted by microwave heating and magnesium ammonium phosphorus(MAP) crystallization. Polyphosphate-accumulating organisms(PAOs) in WAS release phosphate from the cell when they are exposed to high temperature environments. Microwave heating caused phosphorus and ammonia to release from WAS. The amount was increased with increasing temperature, showing that 88.5% of polyphosphate present in the cells were released in the form of phosphate at $80^{\circ}C$. A similar result was also observed in the release of ammonia. On the other hand, both phosphorus and ammonia were crystallized with magnesium, and then was harvested as MAP. Phosphorus recovery rate reached almost 97.8%, but the ammonia was about 13.4%. These results cleary indicate that phosphorus could be recovered from WAS using a physiological trait of PAOs. Heavy metal analyses also show that the MAP crystal is useful and safe as a phosphorus fertilizer.
Background: With limited information available, the association among urinary tract infections, urease-producing bacteria and the presence of magnesium ammonium phosphate (MAP) urolithiasis in canines in Thailand requires more study. Objectives: This study aimed to investigate the association between demographic characteristics of canines and the presence of MAP urolithiasis in canines, and to evaluate antimicrobial susceptibility patterns of bacteria isolated from canine uroliths. Methods: A total of 56 canines admitted for treatment with surgical removal of uroliths were recruited. Demographic characteristics and clinical chemistry data were recorded. Bacteria isolated from the removed uroliths were identified. Chemical compositions of the uroliths were analyzed by Fourier transform infrared spectrometer. Potential risk factors were determined with univariable and multivariable logistic regression analyses. Results: Of 56 canine urolithiasis, bacteria were isolated from uroliths of 38 canines (27 MAP and 11 non-MAP) but not from uroliths of 18 canines (5 MAP and 13 non-MAP). The most common bacteria found in nidus of MAP uroliths was Staphylococcus pseudintermedius (approximately 51%). An antimicrobial resistance was frequently found in Staphylococci isolates (42.86%). Multivariate logistic regression analysis showed that the predictors of MAP urolith in canine urolithiasis were being female (p = 0.044; adjusted odds ratio [OR], 10.22; 95% confidence interval [CI], 1.06-98.24) and the positive urolith culture (p = 0.012; adjusted OR, 8.60; 95% CI, 1.60-46.30). Conclusions: Our results indicate that S. pseudintermedius (a urease-producing bacterium) is the major causative bacteria of MAP uroliths. A positive urolith culture and being female are risk factors of MAP urolithiasis in canines.
A series of experiments were performed to study the influence of the following parameters on the physical traits and composition of swine manure compost: (1) addition of magnesium (Mg) at a molar ratio of 1.2 with respect to $PO_4$, and (2) reutilization of compost containing $MgNH_4PO_4{\cdot}6H_2O$ (magnesium ammonium phosphate, MAP). Three independent batch tests were conducted for replication: batch test I-control (C) and Mg added (T), batch test II-C, T and compost recycle ($T_{R1}$), and batch test III-C, T and compost recycle ($T_{R2}$). Magnesium addition and compost reutilization had no adverse effect on the degradation of organic matter. Reuse of the compost, however, had a clear effect on the total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) contents in the final compost. Repeated compost reutilization as a bulking material was resulted in composts rich in N and P. Upon adding the Mg supplement to the composting materials, the ortho-phosphate (OP) to TP ratio decreased due to the MAP crystallization reaction. The decrease in the OP/TP ratio and the increase in the TP content of the compost indicate that water-soluble phosphate is converted into a slow-release phosphate by the formation of crystals during composting. X-ray diffraction analysis of the irregular shaped crystals in the compost indicated that they are MAP crystals and that the crystallization of MAP begins immediately after the addition of the Mg supplement. The Mg addition to composting materials and the reutilization of compost as a bulking material would be a practical means to conserve nutrient content.
A chemical batch tests were conducted to evaluate if microwave heating enhances phosphorous release from waste activated sludge (WAS) at pH 2.5, 5, 7, 9 and 11. Polyphosphate-accumulating organisms have a unique physiological feature, which releases intracellular polyphosphate granules when they are exposed under high temperature environments. Microwave irradiation was found to encourage large amount of phosphorus release from WAS, depending on pH and temperature conditions. Most of phosphorus was released below $59^{\circ}C$ within 30 min. A marked increase in phosphorus release was observed under alkaline or acidic conditions. However, based on control tests for phosphorus release under different pH conditions without microwave heating, the largest amount of phosphorus released by microwave irradiation was found at pH 7, followed by 5, 9, 11. On the other hand, crystallization was conducted to obtain magnesium ammonium phosphate (MAP) from phosphate released by microwave heating at pH 7. X-ray diffraction analysis confirmed that the recovered crystalline materials were MAP. MAP is an environmentally friendly fertilizer, which slowly releases ammonia and phosphorus in response to the demand of plant root. Thus, the recovered MAP as a phosphate fertilizer is fully expected to play a important role in the reduction of agricultural non-point pollution.
부영양화를 일으키는 대표적인 영양물질인 질소와 인을 제거하기 위하여 많은 연구들이 진행되어오고 있다. 본 연구에서는 질소와 인을 제거하기 위하여 해수 및 해수염에 존재하는 마그네슘과 칼슘을 사용하여 스트루바이트와 수산화인회석을 만들어 침전을 시켰다. 실험의 목적은 해수와 해수염을 사용하여 pH와 농도의 변화에 따른 영양염의 제거율을 비교평가 하였다. 하수의 실험조건에서 해수를 사용한 결과 인의 제거율은 90 %, 질소의 제거율은 50 %로 나타났다. 또한 pH 9, 질소와 인의 농도 10 mM, ${Mg/PO_4}^{3-}$, ${NH_4}^+$의 비율 2의 조건에서 해수염을 사용하여 실험한 결과 질소의 제거율은 90 %, 인의 제거율은 70 %로 나타났다. 상대적으로 인의 제거율이 높은 이유는 해수를 사용한 경우 질소와 인의 몰 농도의 차이에서 비롯되었으며, 해수염을 사용한 경우 해수에 포함된 칼슘이 인과 반응하여 수산화인회석으로 침전 제거되었다고 할 수 있다. 수중의 질소와 인을 제거를 위하여 해수와 해수염을 사용한 결과 높은 제거율을 나타내었다.
Magnesium ammonium phosphate (MAP) was recovered from swine wastewater and the feasibility of reutilizing it as a slowly-releasing fertilizer was evaluated. Maize growth was investigated with normal and high application rates of MAP and a fused super phosphate (FSP) fertilizer. A total of 5 treatments ($T_0$ = control, $T_1$ = MAP based on 30 kg P $ha^{-1}$, $T_2$ = FSP based on 30 kg P $ha^{-1}$+urea equivalent to nitrogen of MAP applied in $T_1$, $T_3$ = MAP based on 40 kg P $ha^{-1}$, $T_4$ = FSP based on 40 kg P $ha^{-1}$+urea equivalent to nitrogen of MAP applied in $T_3$) were arranged with 3 replications. In the case of height and circumference, significant differences were found between controls and treated maize plants (p<0.01). However, no statistical differences were found between MAP- and FSP-urea treated maize. Leaf area and green biomass yield were significantly (p<0.01) higher in the treated group than control. Leaf area was also found significantly higher (p<0.01) in the higher MAP- treated group (2,374 $cm^2$$plant^{-1}$) than other treatments. $N_2O$ emission was found to be lower in MAP treated soil than that from FSP-urea treated soil, which might be due to the slow releasing pattern of MAP. It could be assumed from the results that MAP would be an eco-friendly sustainable fertilizer source for crop production.
본 연구에서는 양돈폐수의 생물학적 처리의 난점 중 하나인 NH$_4$-N이 혐기성 미생물에 미치는 영향을조사하기 위해 폐수를 여러 가지 비율로 희석하여 혐기성 회분식 배양을 시도하였으며 COD제거율과 NH$_4$-N의 농도를 측정 비교하였다. 또한 MgO를 첨가하여 폐수내의 NH$_4$-N를 $MgNH_4PO_4{cdot}6H_2O$의 결정체로 형성시킨 후 침전 제거하고 같은 조건에서 배양하였다. 3개월 이상 원폐수에서 적응된 master culture는 75%의 폐수와 25%의 희석수에서 빠른 COD 제거율을 보였으며, MAP법으로 NH$_4$-N를 60% 제거한 폐수에서는 200시간 후 80%이상의 COD 제거율을 보였다. 같은 조건에서 NH$_4$-N를 함유하고 있는 폐수는 50%정도의 COD 제거율을 보여, MAP법으로 NH$_4$-N를 제거한 폐수의 혐기성소화가 월등함을 알 수 있다. 특히 중요한 결과는 NH$_4$-N 농도가 혐기성 미생물에 미치는 영향보다는 C:N의 비율이 2이하일 때 치명적인 영향을 줌을 규명하였으며 MAP법에 의해 형성된 struvit는 혐기성 미생물에 독성 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.
회분식 반응조를 Mg원 첨가 방법이나 혹은 MAP을 재이용하는 조건이 서로 다른 4가지 상이한 조건하에서 운전하면서 공정으로부터 회수된 magnesium ammonium phosphate (MAP) 혹은 struvite 슬러리의 재이용 수단으로서의 극초단파조사 방법의 이용 가능성을 파악하였다. 또한 극초단파조사 동안의 MAP 용해율과 $NH_4-N$ 소실양상 및 MAP의 물리/화학적 변화를 분석하였다. Mg원을 첨가하지 않은 run A에서의 용해성 인과 암모니아성 질소의 제거율은 각각 33%와 27% 수준이었던 반면 유입수내 용해성 인 기준 동몰비의 Mg원을 첨가한 run B에서는 용해성 인과 암모니아성 질소의 제거율이 각각 87% 와 40% 수준으로 증가하였다. 극초단파를 조사한 MAP을 첨가한 run C의 경우, 비록 Mg원을 첨가한 run B에 비해 $PO_4-P$와 $NH_4-N$ 제거율이 낮았으나, Mg원을 첨가하지 않은 run A에 비해 $PO_4-P$의 제거율이 2배 정도 높아지는 결과를 보였다. Mg 원과 MAP을 각각 1/2씩 첨가한 run D에서의 $PO_4-P$와 $NH_4-N$ 제거효율은 각각 88%와 35% 수준으로 Mg원만을 1몰비로 첨가한 run B와 거의 유사한 효율을 나타내었다. 이러한 결과에 의거 극초단파로 처리한 후 MAP을 재이용하는 방법은 공정에서의 인과 질소의 제거율을 높임은 물론, Mg원 사용량을 감소시키는 이중효과가 있음을 알 수 있었다. MAP을 극초단파로 조사하면서 $NH_4-N$ 농도변화를 관찰한 결과 극초단파조사 초기단계에서는 $NH_4-N$ 농도가 점차 증가하다가 온도가 $45^{\circ}C$ 이상으로 상승함에 따라 용액으로부터 $NH_4-N$가 소실되기 시작하여 감소하였으며 극초단파조사 동안의 $PO_4-P$ 용해율은 초기 MAP 농도에 비례하면서 $0.0091x^{0.6373}$ mg/sec의 상관관계를 갖는 것으로 분석되었다. 또한 주사전자현미경을 이용한 극초단파조사 동안의 MAP 크리스탈 구조변화실험 결과 극초단파 조사시 전자기적 진동력에 의해 단시간내에 MAP 크리스탈 구조가 작은 입방체 과립형태로 부숴지고 극초단파 조사가 지속됨에 따라 점차 용액내로 녹음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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