• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.379-388
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• 2006

Two mesophilic trickling bed bioreactors filled with two different types of media, hydrophilic- and hydrophobic-cubes, were designed and conducted for hydrogen production under the anaerobic fermentation of sucrose. Each bioreactor consisted of the column packed with polymeric cubes and inoculated with heat-treated sludge obtained from anaerobic digestion tank. A defined medium containing sucrose was fed by the different hydraulic retention time(HRT), and recycle rate. Hydrogen concentrations in gas-phase were constant, averaging 40% of biogas throughout the operation. Hydrogen production rate was increased till $10.5\;L{\cdot}h^{-1}{\cdot}L^{-1}$ of bioreactor when influent sucrose concentrations and recycle rates were varied. At the same time, the hydrogen production rate with hydrophobic media application was higher than its hydrophilic media application. No methane was detected when the reactor was under a normal operation. The major fermentation by-products in the liquid effluent of the both trickling biofilters were acetate, butyrate and lactate. In order to run in the long term operation of both reactor filled with hydrophilic and hydrophobic media, biofilm accumulation on hydrophilic media and biogas produced should be controlled through some process such as periodical backwashing or gas-purging. Four sample were collected from each reactor on the opposite hydrogen production rate, and their bacterial communities were compared by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) analysis of PCR products generated using bacterial 16s rRNA gene primers (8f and 926r). It was expressed a marked difference in bacterial communities of both reactors. The trickling bed bioreactor with hydrophobic media demonstrates the feasibility of the process to produce hydrogen gas. A likely application of this reactor technology can be hydrogen gas recovery from pre-treatment of high carbohydrate-containing wastewaters.

• 대한환경공학회지
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• 제27권3호
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• pp.302-308
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• 2005

질산성 질소는 강변여과수에서 가장 흔히 발견되는 오염물질 중의 하나이다. 본 연구에서는 황을 이용한 독립영양탈질 공정을 강변여과수의 질산성 질소제거를 위한 반응벽체 기법에 도입하였다. 본 연구의 목적은 현장에서의 실제 강변여과수를 이용한 주 파일럿 실험을 통해 반응벽체 시스템에서 미생물 접종의 영향과 대체 알칼리도 공급원으로서 굴패각의 영향을 알아보고, 유량변화 및 체류시간 변화에 따른 질산성 질소 제거효율을 평가하는 것이다. 황과 석회석 또는 굴패각으로 구성된 준 파일럿 규모의 투수성 반응벽체(PRB) 6기를 경남 낙동강 유역 강변여과수 취수 현장에 설치하여 운전한 결과, 하수처리장의 혐기 소화 슬러지로부터 분리배양된 황탈질미생물 콘소시움 뿐만 아니라 굴패각의 자생미생물의 활성에 의해서 강변여과수의 질산성 질소가 제거됨을 확인하였고 석회석뿐만 아니라 굴패각도 시스템의 pH 조절을 위한 알칼리도 공급원으로 이용될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 알칼리도 공급원으로서 굴패각의 이용은 높은 황산이온의 농도와 고형물의 농도를 야기하였다. 80 cm의 반응벽체 두께에서, 유량을 66에서 132 mL/min까지 증가시킴으로써 체류시간을 15에서 7.5시간으로 감소시킴에 따라 질산성 질소 제거효율은 75에서 58%로 감소하였다.

• 청정기술
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• 제18권2호
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• pp.209-215
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• 2012

분말활성탄과 제올라이트가 담지된 폴리우레탄 담체를 충진한 파일롯 규모의 바이오필터를 이용하여 암모니아와 황화수소의 처리 성능을 평가하였다. 약 10개월간 하수처리장 슬러지 농축조에서 발생하는 악취를 대상으로 바이오필터 유입 암모니아 농도는 0.1~1.5 $ppm_v$, 황화수소 농도는 2~20 $ppm_v$ 범위에서 운전되었다. 바이오필터의 공탑체류시간 3.6~5초 범위에서 초기 순응기간을 제외하고는 거의 모든 경우 100%에 가까운 악취 제거율을 보여주었다. 바이오필터에서의 기체흐름에 의한 압력손실도 매우 낮아 10개월 동안 최대 31 mm $H_2O$ 정도의 차압이 발생하였다. 이것은 본 연구에 이용된 바이오필터의 막힘이나 담체의 압착 현상이 거의 일어나지 않아 장기간의 운전에도 안정성을 확인할 수 있었다. 담체에 부착하여 서식하는 미생물군집은 바이오필터의 처리 성능에 중요한 영향을 미치는데 특히 암모니아나 황화수소를 제거하기 위한 암모니아 산화균과 황산화균의 분포가 중요하다. FISH (Fluorescence in Situ Hybridization) 방법으로 확인한 결과 질산화를 주관하는 암모니아 산화균인 Nitrosomonas sp.와 황산화균인 Thiobacillus ferroxidans가 검출되었다. 또한 바이오필터의 운전기간이 길어질수록, 그리고 악취의 유입부분이 유출부분에 비해 미생물 분포량이 더 많음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권9호
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• pp.4274-4282
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• 2011

본 연구는 염색폐수 처리시설에서 생물학적공정(2차) 처리를 거처 배출되고 있는 방류수 중에 미처리되어 잔존하고 있는 난분해성 유기물(COD) 성분을 제거하기 위하여, 고도처리공법으로서 Fenton 산화공정을 적용하여, 공법의 적용 가능성과 최적의 운전조건을 얻고자, 실험실 실험과 Pilot Plant 현장 운전을 실시하였다. 본 Fenton 산화실험의 원수로 사용된 생물학적(2차) 처리수의 수질은 실험기간동안 $COD_{Mn}$ 30~50mg/L으로 측정되었다. Fenton 산화반응 실험 결과, 최적의 반응조건은 pH 3~3.5, 반응시간 2~2.5시간, 약품 주입량비($FeCl_2$(33%)/$H_2O_2$(35%)) 3 : 1 로 나타났다. 약품 주입량 비가 적정조건일 때, 슬러지 발생량($SV_{2hr}$)은 전체 양의 21~28% 범위인 것으로 측정되었다. Pilot Plant 실험 결과, 산화반응조의 체류시간 변화에 따라 처리효율이 크게 영향을 받고 있었으며, 적정 체류시간은 2.0시간 이었다. 현장에 Pilot Plant($2m^3/d$)를 설치하여 연속운전을 실시한 결과, COD 농도가 제거효율 면에서 60~70%를 나타내었고, 처리수질은 20mg/L 이하로 측정되어, 대체로 안정적이고 양호한 처리효율을 나타내고 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제22권6호
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• pp.1101-1106
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• 2006

생물학적 영양소 제거공정의 하수처리장에서 운전온도가 낮은 겨울철 기간중 사상성 미생물에 의한 Bulking 문제가 발생하고 있다. 본 연구는 사상성 세균의 한 종류인 M. parvicella의 성장에 의한 Bulking 문제를 C시 하수처리장과 파일럿 시설을 이용하여 검토하였다. Full-scale 시설은 1일 처리용량이 $51,000m^3/d$이고 F/M비는 0.12 kgBOD/kgMLVSS/d이며 SRT는 25일 이상으로 운전되고 있었다. 본 시설은 2003년 생물학적 영양소 제거공정으로 전환된 이후 운전온도가 $15^{\circ}C$ 이하의 저온으로 운전될 때 Bulking과 그로 인해 반응조내 거품현상이 주기적으로 발생되어 왔다. 파일럿 플랜트는 Full-scale과 동일한 시스템 및 폐수를 이용하였으며 1일 처리용량은 3.8 톤이고 운전온도는 $10^{\circ}C$에서 $25^{\circ}C$이었으며 SRT는 10일에서 25일 사이로 운전되었다. Full-scale에서는 온도변화에 따른 M. parvicella 성장과 SVI 변화 양상이 검토되었다. 아울러 파일럿 시설에서는 DO와 SRT를 변화시키면서 그에 따른 Bulking 미생물의 성장과 SVI 변화 형태를 분석하였다. 3년간 Full-scale의 운전결과를 분석한 결과 여름철 기간은 SVI가 160 이하의 양호한 분포를 나타내는 가운데 M. parvicella에 의해 더 이상 침전효율이 저조한 결과를 나타내지 않고 있었다. 반면 낮은 운전온도에서는 SVI가 300 이상의 높은 값을 나타내었다. 본 연구결과 DO 농도를 2-4 mg/L로 운전하거나 SRT를 20일 이내로 유지하였을 경우 M. parvicella에 의한 Bulking 문제가 효과적으로 제어되었다.

• 한국습지학회지
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• 제24권4호
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• pp.345-353
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• 2022

산업과 생활환경에서 사용된 공학적 미세입자는 결국 하수처리장을 거쳐 수계로 배출되므로 미세입자의 수계 배출 제어에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 그러나 다수 연구에서 하수처리장 유출수 내 미세입자의 농도가 무영향관찰농도(No Observed Effective Concentration, NOEC)를 빈번히 초과하고 있는 것으로 보고되고 있어 전통적인 하수처리 기능과 더불어 미세입자를 보다 효과적으로 제어할 수 있도록 하수처리장의 설계와 운영을 최적화시킬 필요가 있다. 이를 위해서는 하수처리장 내 단위공정별 특성 및 운전조건에 따른 미세입자의 거동특성과 제거효율에 대한 예측이 선행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 하수처리장 내 각 공정 특성별 및 주요 운전조건의 영향에 따른 미세입자 제거효율예측을 위한 모델을 개발함으로써 하수처리장에서 미세입자를 보다 효율적으로 제어하기 위한 도구를 제공하고자 하였다. 개발 모델에서는 수처리 계통에서의 4개 단위공정(1차침전지, 생물반응조, 2차침전지, 및 총인처리시설)을 고려하고, 슬러지처리 계통은 농축, 소화, 탈수 공정 등의 다중 공정을 통합한 단일 공정으로 모의한다. 모의 대상 미세입자는 TiO₂ (nano-TiO₂)로서, 수중에서의 용해와 변환은 미미하므로 부유성 고형물과의 부착 기작만을 고려하였다. 부유성고형물에의 nano-TiO₂ 부착 기작은 고-액상 간 평형가정에 기반한 겉보기분배계수(Kd)를 매개변수로 반영하였으며 정상상태에서의 미세입자의 농도 및 부하를 공정별로 계산할 수 있도록 하였다. 아울러 개발 모델 구동의 편의를 위하여 MS 엑셀기반 사용자 인터페이스를 제작하였다. 개발 모델을 이용하여 주요 운전인자인 고형물체류시간(Solid Retention Time, SRT)이 nano-TiO₂ 제거효율에 미치는 영향을 파악하였다.

• 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.

• 대한환경공학회지
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• 제30권5호
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• pp.491-499
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• 2008

점점 더 강화되는 수질기준, 연료 및 에너지비용 증가 등으로 경제성, 소요부지의 최소화, 운전의 용이성, 슬러지 발생의 최소화, 높은 처리효율을 지니는 폐수처리시스템의 개발은 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 난분해성물질을 함유한 오 폐수에 대해 대기노출형 백색부후균 생물막을 이용하여 생물막의 침지형태, 체류시간, 재순환비, 모듈회전수에 따른 유기물 처리 특성을 연구하였다. HBC 링 여재에 부착된 백색부후균 생물막을 대기중에 완전히 노출하여 운전시 침지형 포기조건과 거의 비슷한 제거율을 나타냈다. 대기노출형의 최적조건은 HRT 3$\sim$4 hr, 재순환비 6$\sim$10 Q, 모듈회전수 0.5$\sim$2회/min이며, 이때 유기물 제거율은 COD$_{Cr}$ 65.0$\sim$69.9%, NBDCOD 70.4$\sim$72.7%, BOD$_5$ 88.8$\sim$90.1%, SS 84.2$\sim$90.4%를 나타냈다. 또한 본 연구에서 BOD$_5$의 유출수 평균농도는 8.9 mg/L로 중수도 수질기준 BOD$_5$ 10 mg/L이하를 만족하였으나, NBDCOD의 경우 평균농도가 29.6 mg/L로 중수도 수질기준 20 mg/L보다 높은 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권7호
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• pp.485-491
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• 2011

본 연구는 2개의 간헐혐기조, 막분리호기조 및 슬러지 가용화로 구성된 유로변경형 membrane bioreactor의 운영을 통하여 도시 하수의 영양염류 제거 특성을 규명하였다. 수리학적 체류시간(HRT)과 운영 여과 플럭스의 평균값은 각각 6.5 시간과 $20.4L/m^2{\cdot}hr$ (LMH)이었으며, 공정을 운전한 결과, $COD_{Cr}$, SS, TN 및 TP의 평균 제거율은 각각 94.0%, 99.3%, 99.9%, 69.9%와 66.9%이었다. 슬러지 생산계수, SDNR, SNR, SPPR 및 SPUR은 각각 0.34 kg VSS/kg BOD d, $0.067mg\;NO_3-N/mg\;VSS{\cdot}d$, $0.028mg\;NH_4-N/mg\;VSS{\cdot}d$, 16.0 mg P/g VSS d 및 2.1 mg P/g VSS d였다. 또한, 생산된 슬러지의 평균 질소 및 인 함량은 각각 8.9%와 3.5%였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권5호
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• pp.341-345
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• 2009

음식물쓰레기와 종이류로 구성된 유기성고형폐기물(고형물 함량 30% TS)을 대상으로 중온 건식혐기성소화를 시도하였고, 연속 운전 중 수리학적 체류 시간(HRT)을 150일, 100일, 60일, 40일로 감소시켰다. 기질의 고형물 농도를 30% TS (Total Solids)로 고정하였기 때문에 각각의 HRT에 해당하는 고형물 부하는 2.0, 3.0, 5.0, 7.5 kg TS/$m^3$/d였다. HRT를 줄임에 따라 단위용적 당 바이오가스 생산 속도는 증가하였고, HRT 40일에서 3.49${\pm}$0.31 $m^3/m^3/d$로 가장 높은 성능을 보였다. 이 때, 76%의 휘발성 고형물(VS) 분해율이 유지되었고, 0.25 $m^3$/kg $TS_{added}$의 메탄 생산 전환율을 보였으며, 이는 기질의 67.4%에 해당하는 에너지가 메탄 가스로 전환된 것을 의미한다. HRT 100일에서 0.52 $m^3$/kg $TS_{added}$로 가장 높은 바이오가스 전환율을 보였지만, 모든 HRT에서 0.45${\sim}$0.52 $m^3$/kg $TS_{added}$로 큰 차이가 나지 않았다. 고형물 함량이 높은 기질의 원활한 주입을 위해 소화조 발효액의 일부를 기질 투입구로 반송하여 기질과 혼합 후 주입하였다. 주입하고자 하는 기질의 5배에 해당하는 양의 소화조 발효액을 반송하여 혼합하였을 때, 가장 효과적인 기질 주입이 이루어졌다. 중온 건식 조건에서 서식하는 메탄 소화균의 활성도를 측정한 결과, 아세트산, 뷰틸산, 프로피온산을 이용할 경우 각각 2.66, 1.94, 1.20 mL $CH_4/g$ VS/d였다.