Activated sludge was sequentially adapted to benzene, toluene, and o-xylene (BTX) to study the effects on the change of microbial community. Sludge adapted to BTX separately degraded each by various rates in the following order; toluene>o-xylene>benzene. Degradation rates were increased after exposure to repeated spikes of substrates. Eleven different kinds of sludge were prepared by the combination of BTX sequential adaptations. Clustering analyses (Jaccard, Dice, Pearson, and cosine product coefficient and dimensional analysis of MDS and PCA for DGGE patterns) revealed that acclimated sludge had different features from nonacclimated sludge and could be grouped together according to their prior treatment. Benzene- and xylene-adapted sludge communities showed similar profiles. The sludge profile was affected from the point of the final adaptation substrate regardless of the adaptation sequence followed. In the sludge adapted to 50 ppm toluene, Nitrosomonas sp. and bacterium were dominant, but these bands were not dominant in benzene and benzene after toluene adaptations. Instead, Flexibacter sp. was dominant in these cultures. Dechloromonas sp. was dominant in the culture adapted to 50 ppm benzene. Thauera sp. was the main band in the sludge adapted to 50 ppm xylene, but became vaguer as the xylene concentration was increased. Rather, Flexibacter sp. dominated in the sludge adapted to 100 ppm xylene, although not in the culture adapted to 250 ppm xylene. Two bacterial species dominated in the sludge adapted to 250 ppm xylene, and they also existed in the sludge adapted to 250 ppm xylene after toluene and benzene.
We tested the field adaptation of Betula schmidtii on the abandoned coal-mine soil with sludge amendment methods for promoting physiological activity of B. schmidtii seedlings under several environmental stress. Sewage sludges were amended to coal-mine soil with B. schmidtii seedlings which grown in the mixture of artificial soil and composted sludge soil before transplanting (before-fertilized treatment, BF) and fertilized with composted sludge after transplanting (after-fertilized treatment, AF). The percent of establishment of seedlings for AF (80.7%) was lower than that for BF (92.7%). Nitrate reductase activity and photosynthetic pigment content were higher in AF than in BF, but malondialdehyde (MDA) content and superoxide dismutase (SOD) activity were lower in AF than in BF These results represent that after-fertilized seedlings increase resistance against physiological stress at field condition using nitrogen source of composted sludge. On the contrary, before-fertilized seedlings were susceptible to environmental stress on abandoned coal-mine soil by exhausting of nitrogen source from composted sludge.
혐기성 반응조는 침강성이 좋고 활성이 높은 생물을 어떻게 고농도로 반응기내에 축적시키기까지 자연적인 조건에서 6개월이라는 장시간이 요구된다. 하지만 유 ${\cdot}$ 무기 복합 고분자를 이용하여 단기간에 입상슬러지를 형성한 후, Fed-Batch 실험을 통하여 폐수에 대한 입상슬러지의 적응 기간을 알아보았다. 반복 실험의 결과, $30{\sim}40$일 정도의 적응기간 동안 유 ${\cdot}$ 무기 복합 고분자를 이용하여 형성된 입상슬러지는 실플랜트의 입상슬러지와 비슷한 $80{\sim}90%$의 COD제거율을 보였다.
In this study, the treatment of livestock wastewater using an aerobic granular sludge based sequencing batch reactor was investigated. The reactor operation was carried out by general injection and split injection methods. The average removal efficiency of organic matter after the adaptation period was 71.5 and 87.4%, respectively. Some untreated organic matter was attributed to recalcitrant organic matter. The average removal efficiency of total nitrogen was 65.6 and 88.4%, respectively. These results indicate that the denitrification reaction by split injection was carried out smoothly. As for the solids, the ratio of aerobic granular sludge/mixed liquor suspended solid can be determined as the main factor of the process operation, and the ratio increased gradually and finally reached 86.0%. Correspondingly, the sludge volume index (SVI) was also improved, reaching 54 mL/g at the end of operation, and it is believed that the application of a short settling time contributed to the improvement of settleability.
본 연구는 생물학적 인 방출시 유기물 종류 및 대상슬러지가 acetate에 사전 적응여부에 따른 온도의 영향을 관찰하기 위한 연구이다. 실험에 이용된 슬러지는 축산폐수를 처리하는 연속 회분식 반응조(sequencing batch reactor)로부터 채취하였다. 온도는 인의 방출시 크게 영향을 미치는 인자이며 유기물 종류별로 온도가 $5{\sim}30^{\circ}C$로 증가함에 따라 인 방출속도는 증가함이 관찰되었다. 혐기성 상태에서 주입유기물로 acetate, propionate, glucose 및 도시하수를 이용할 경우 인의 방출시 활성화에너지($E_a$) 값들은 각각 49.83, 55.82, 54.61 및 45.44 KJ/mol이었다. 또한 온도보정계수($\theta$)는 각각 1.0676, 1.0826, 1.0748 및 1.0698이었다. 따라서 인이 방출될 때 온도가 증가함에 따라 반응속도는 크게 증가하지만 활성화에너지 및 온도보정계수를 고려한 유기물 종류별 온도의 영향은 큰 차이가 없었다. 대상슬러지로 사전에 acetate에 적응된 슬러지를 이용할 경우 활성화에너지 값 및 온도보정계수는 각각 44.94 KJ/mol 및 1.0570이었다. 이는 적응되지 않은 슬러지로 부터 얻어진 각각의 값(49.83 KJ/mol 및 1.0676)보다 상대적으로 낮음이 관찰되어 슬러지가 acetate에 서전에 적응된 것이 적응되지 않은 것보다 상대적으로 온도의 영향을 적게 받음을 알 수 있었다.
The upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor can be effective for treating simple organic compounds containing high concentration of ammonia nitrogen. The chemical oxygen demand (COD) removal efficiency was about 80% at ammonia nitrogen concentration up to 6,000 mg-N/L. This result also showed that it would be possible to treat propionate effectively at free ammonia nitrogen concentration up to 724 mg-N/L if sufficient time was allowed for adaptation. However the specific methanogenic activity (SMA) of granule was lower than that of granule in the reactor with lower ammonia nitrogen concentration. At 8,000 mg-N/L, the inhibition of high ammonia concentration was observed with evidence of increase of the volatile suspended solids (VSS) concentration in the effluent. It might be ascribed to the decrease in the content of extracellular polymer (ECP), which resulted to the sloughing off of obligated proton-reducing acetogens and heterogenotrophic methanogens from the exterior of granular sludge. This caused a great portion of the finely sludge to be easily washed out. Therefore, failure to maintain the balance between these two groups of microorganism cause accumulation of the hydrogen partial pressure in the reactor, which could have inhibited the growth of acetate utilizing methanogens.
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.
Cydzik-Kwiatkowska, Agnieszka;Zielinska, Magdalena;Bernat, Katarzyna;Kulikowska, Dorota;Wojnowska-Baryla, Irena
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제22권7호
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pp.1005-1014
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2012
The understanding of the relationship between ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities in activated sludge and the operational treatment parameters supports the control of the treatment of ammonia-rich wastewater. The modifications of treatment parameters by alteration of the number and length of aerobic and anaerobic stages in the sequencing batch reactor (SBR) working cycle may influence the efficiency of ammonium oxidation and induce changes in the AOB community. Therefore, in the research, the impact of an SBR cycle mode with alternating aeration/mixing conditions (7 h/1 h vs. 4 h/5.5 h) and volumetric exchange rate (n) on AOB abundance and diversity in activated sludge during the treatment of anaerobic sludge digester supernatant at limited oxygen concentration in the aeration stage (0.7 mg $O_2/l$) was assessed. AOB diversity expressed by the Shannon-Wiener index (H') was determined by the cycle mode. At aeration/mixing stage lengths of 7 h/1 h, H' averaged $2.48{\pm}0.17$, while at 4 h/5.5 h it was $2.35{\pm}0.16$. At the given mode, AOB diversity decreased with increasing n. The cycle mode did not affect AOB abundance; however, a higher AOB abundance in activated sludge was promoted by decreasing the volumetric exchange rate. The sequences clustering with Nitrosospira sp. NpAV revealed the uniqueness of the AOB community and the simultaneously lower ability of adaptation of Nitrosospira sp. to the operational parameters applied in comparison with Nitrosomonas sp.
본 연구에서는 혐기성 슬러지의 적응 기질에 따른 탈질능력을 관찰하고자 탄소기질로서 포도당 이외에 기질등을 사용하여 탈질 및 메탄반응의 변화 및 SDNR(Specific Denitrification Rate) 등을 관찰하였다. 순수 메탄생성 슬러지에서 아세테이트를 사용하였을 경우, SMA 값은 $0.76gCOD/g{\cdot}VSS{\cdot}day$로 가장 높았고, SDNR 측정결과 탈질균의 비율이 상대적으로 높은 C/N 비 5에 적응된 슬러지에서 아세테이트를 탄소기질로 사용하였을 경우에 가장 높은 $1.38g{\cdot}NO_3{^-}N/g{\cdot}VSS{\cdot}day$이었다. 혐기성 탈질반응 및 메탄 생성반응은 탄소기질 및 슬러지의 종류에 따라 영향을 받았고, C/N 비 5에 적응된 슬러지에서 다른 탄소기질보다 아세테이트를 사용하였을 경우에 탈질반응상수 값은 $1.96hr^{-1}$로 가장 높았다. 다양한 탄소기질에 적응된 혐기성 슬러지에 포도당을 전자공여체로 이용하여 비탈질속도(SDNR)를 측정한 결과 포도당, 축산폐수, 아세테이트 기질에 적응된 슬러지 순으로 나타났다. 탄소기질에 대한 미생물의 적응여부와 혐기성 소화공정 각 단계에서 성장하는 미생물군(bio-community)의 상호공생관계가 탈질 속도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
미생물에 독성영향을 미치는 것으로 알려진 SCN 이 포항제철소내 관리형 매립시설에서 나오는 침출수에 함유된 농도는 미생물에 의해 제거될 수 있었다. 온도에 따른 SBR 운전 결과를 통하여 적응된 이후에 비해서 초기에 긴 적응기간이 필요하다. 온도가 증가함에 따라 초기 직응기간이 짧아지고 수렴하는 SCN 제거소요시간이 짧아짐을 알 수 있었다. $SCN^-$ 이 미생물의 애너지원과 질소, 황, 탄소원으로 사용되어 제거됨을 온도변화에 따른 SBR 운전으로 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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