• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.781-788
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• 2008

본 연구는 실험계획법과 통계학적 분석을 이용하여 세가지 유기성 폐기물(축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기)의 혼합 산발효를 위한 최적 운전 조건을 구하였다. 먼저, 세가지 기질의 최적 혼합비 도출을 위해 15회의 회분식 실험을 진행하였고, 획득한 실험 값의 통계학적 분석 결과 도출된 최적 혼합비는 chemical oxygen demand(COD) 기준으로 축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기 순으로 0.4 : 1.0 : 1.1로 나타났다. 도출된 최적 혼합비율로 준비된 기질을 대상으로 산발효 연속 운전 최적화를 수행하였다. 중요 운전 인자로서 hydraulic retention time(HRT)과 기질 농도를 설정하고, 실험계획법의 일종인 반응표면법(Response surface methodology, RSM)을 적용하였다. 3단계의 실험 계획에 의거한 연속 운전 결과, total volatile fatty acids(TVFA) 생성을 극대화 할 수 있는 최적 운전 조건은 HRT 2일, 기질 농도 29,237 mg COD/L로 밝혀졌고, 제시된 2차 경험적 모델식을 통해 최적 운전 조건에서 73%의 TVFA 증가율을 예상할 수 있었다. 도출된 모델식의 정확도 검증을 위한 실험 결과, 약 4%의 상대오차를 나타내 반응표면법을 비롯한 실험계획법과 통계학적 분석 방안이 성상 변화가 큰 실 폐기물의 최적화에도 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.397-403
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• 2012

Galactose, an isomer of glucose with an opposite hydroxyl group at the 4-carbon, is a major fermentable sugar in various promising feedstock for hydrogen production including red algal biomass. In this study, hydrogen production characteristics of galactose-glucose mixture were investigated using batch fermentation experiments with heat-treated digester sludge as inoclua. Galactose showed a hydogen yield compatible with glucose. However, more complicated metabolic steps for galactose utilization caused a slower hydrogen production rate. The existence of glucose aggravated the hydrogen production rate, which would result from the regulation of galactose-utilizing enzymes by glucose. Hydrogen produciton rate at galactose to glucose ratio of 8:2 or 6:4 was 67% of the production rate for galactose and 33% for glucose, which could need approximately 1.5 and 3 times longer hydraulic retention time than galacgtose only condition and glucose only condition, respectively, in continuous fermentation. Hydrogen production rate, Hydrogen yield, and organic acid production at galactose to glucose ratio of 8:2 or 6:4 were 0.14 mL H2/mL/hr, 0.78 mol $H_2$/mol sugar, and 11.89 g COD/L, respectively. Galactose-rich biomass could be usable for hydogen fermenation, however, the fermentation time should be allowed enough.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제34권3호
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• pp.257-264
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• 2006

침지형 막/생물반응기에 암모니움 합성폐수를 공급하여 약 350일 동안 운전하면서 질산화 특성 및 미생물의 분포 변화를 살펴보았다. 원수의 암모니움 농도는 500-1000 $mgNH_4-N/L$, 질소 부하는 $1-2\;kgN/m^3{\cdot}d$로 공급하였고, 용존산소(DO)농도, 슬러지 체류시간(SRT), 온도 변화에 따른 질산화 효율, 아질산성 질소의 비율, 슬러지 농도, sludge volume index(SVI)변화를 모니터링 하였다. DO 농도, 온도, SRT 증가에 따라 암모니움 산화율은 증가하였으며, 이와 같은 암모니움 산화율의 감소로 MBR 내에서 free ammonia($NH_3-N$)농도가 증가할 경우 처리수에서 아질산성 질소의 비율이 높아졌다. 운전 기간 중 원인이 뚜렷하지 않은 질산화 효율의 급격한 감소가 관찰되었는데, 이때 슬러지 벌킹 및 SVI 값의 증가가 동시에 수반되었다. 운전 후반부에 질산화균이 우점된 MBR에 추가로 유기물을 공급하면, SVI 값이 2배로 증가하였고 암모니움 산화율은 감소하였다. FISH 분석에서 나타난 MBR내의 미생물 분포는 암모니아 산화균의 경우 Nitrosomonas가 우점하였으나 운전 후반부로 갈수록 Nitrosospira의 비율이 Nitrosomonas와 비슷할 정도로 증가하였다. 아질산 산화균은 Nitrospira가 우점하였지만 Nitrobacter 역시 운전기간 내내 관찰되었는데, 이는 MBR 내에서 높게 유지된 아질산성 질소가 Nitrobacter의 성장에 도움을 준 것으로 보인다.

• 상하수도학회지
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• 제21권4호
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• pp.429-437
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• 2007

This study aims to develop a sulfur-using denitrification process which is possible a renovation to advanced treatment plant submerging a simple module in activated sludge aeration tank. At first, the impact factor of sulfur-using denitrification was appreciated by the batch test. Secondly, reflecting a dissolved oxygen effect of sulfur-using denitrification that was confirmed by the batch test, in a continuous nitrification/sulfur-using denitrification, high-rate nitrogen removal reaction was induced at optimum condition controlling DO concentration according to phases. Also, inside and outside of sulfur-using denitrification module was covered with microfilter and the module was considered as an alternative of clarifier. Result of batch test for sulfur-using denitrification, $NO_2{^-}N$ was lower for consumption of alkalinity and sulfur than that of $NO_3{^-}-N$. These results revealed the accordance of theoretical prediction. In continuous nitrification/sulfur-using denitrification experiment, actual wastewater was used as a influent, and influent nitrogen loading rates were increased 0.04, 0.07, 0.11, $0.14kg\;N/m^3-day$ by changing hydraulic retention times. At this time, nitrogen loading rates of packed sulfur were increased 0.23, 0.46, 0.69, $0.93kg\;N/m^3-day$. As a result, nitrification efficiency was about 100% and denitrification efficiency was 93, 81, 79, 72%. Accordingly, nitrogen removal was a high-rate. Also the module of sulfur-using denitrification covered with microfilter did not make a fouling phenomena according to increased flux. And the module was achieved effluent suspended solids of below 10 mg/L without a clarifier. In conclusion, it is possible a renovation to advanced treatment plant submerging a simple module packed sulfur in activated sludge aeration tank of traditional facilities. And the plant used the module packed sulfur is expected as a effective facilities of high-rate and the smallest.

• 한국물환경학회지
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• 제20권6호
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• pp.583-588
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• 2004

This research examined the treatment efficiency and methane production rate in treating slurry-type swine waste using UASB (upflow anaerobic sludge blanket) reactor. The UASB reactor was operated at an organics volumetric loading rate (VLR) of $2.6-15.7kgCOD/m^3/day$. A stepwise increase of the VLR resulted in a temporary deterioration in the COD removal rate in UASB reactor but recovered quickly. The COD removal rate were 65-70% for VLR up to $5 kgCOD/m^3/day$. When organics VLR was $10kgCOD/m^3/day$, the COD removal rate decreased sharply and there was loss of 17.537g of the seeding biomass due to sludge washout. This result indicated that the UASB system cannot be adapted to more than $10kgCOD/m^3/day$ of VLR. As the organic load increased from 2.6 to $15.7kgCOD/m^3/d$, the biogas production rate varied from 3.2 to 10.8 L/d and the methane conversion rate of the organic matter varied from 0.30 to $0.23m^3CH_4/kg\;COD_{removed}$. The methane content showed the range of 70.1-81.5% during the experimental period. The volatile solids (VS) removal efficiency was similar at the low VLR (< $5 kgCOD/m^3/day$), but it decreased sharply at the high VLR (> $5 kgCOD/m^3/day$). The VS reduction rate was, moreover, large those of COD. The result shows that hydraulic retention time above 2 days is essential in case of treating wastewater containing 1% of solids.

• 한국물환경학회지
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• 제20권5호
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• pp.457-465
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• 2004

The objective of this study is to evaluate the possibility to apply the Moving Bed Biofilm Reactor(MBBR) in the activated sludge treatment process with existing aerobic HRT. Optimal operation conditions were assumed according to the analysis of organic matter and nutrients removal efficiencies depending on loading variations. The process was operated under different conditions: RUN I(HRT=7.14hr, $I{\cdot}R=100%$), RUN II(HRT=6.22hr, $I{\cdot}R=100%$), RUN III(HRT=6.22 hr, $I{\cdot}R=150%$), RUN IV(HRT=6.22hr, $I{\cdot}R=200%$), the TBOD removal efficien cies are 88%, 88.5%, 94.6%, 97.6%, respectively. Overall TSS removal efficiency is 90%, and it is increasing in RUN IV. In the case of Nitrogen, the highest removal efficiency of 90% was observed in RUN III and RUN IV, Nitrification and Denitrification rates are 0.013-0.016kg $NH_3-N/kg$ Mv-d and 0.009-0.019kg $NO_3/kg$ Mv-d, respectively. Phosphorus removal efficiencies are 89.6% in RUN I, 91.5% in RUN II, 84.3% in RUN III, and 76.4% in RUN IV. The process under shorter SRT yields better performance in terms of phosphorus removal. It was noticed that to achieve the effluent phosphorus concentration ofless than 1mg/L and removal efficiency higher than 80%, SRT should not be longer than 10 days. Experimental result shows that HRT of 6.22 hours is suitable for this treatment process, and, as a result, the aerobic reactor including moving media and DO depletion tank have a sufficient effect to the process performance.

• 대한환경공학회지
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• 제22권5호
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• pp.939-947
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• 2000

연속 회분식 반응기를 이용하여 생물학적 인 제거에 관한 미생물 분포 연구를 수행하였다. 탄소원으로 초산을 넣은 합성 폐수를 사용하였고 미생물 체류 시간과 수리학적 체류 시간은 각각 10일과 16시간으로 유지하였다. 인 방출과 흡수가 운전 시간이 경과됨에 따라 점점 빠르게 일어났으며 약 200일 경과 후 안정적인 인 제거가 유지되었다. 안정적인 생물학적 인 제거가 유지될 때의 미생물 분포를 조사하기 위하여 17개의 ribosomal RNA (rRNA) signature probe를 합성하여 슬러지로부터 분리한 전체 rRNA에 대하여 slot hybridization을 실시하였다. 분리한 전체 RNA에는 proteobacteria의 베타군 (beta subclass)에 속하는 rRNA가 가장 많이 함유되어 있음을 확인하였고 CTE probe와 관계된 rRNA가 다음으로 많이 분포하였다. 전통적으로 생물학적 인 제거를 담당하는 미생물로 여겨져 왔던 Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas의 rRNA는 10% 미만으로 존재하고 있음이 확인되었다. 이러한 결과로부터 Rhodocyclus 그룹같은 proteobacteria의 베타군과 CTE에 속하는 미생물이 인 제거에 중요한 역할을 수행할 것으로 생각되었고 Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas 등은 생물학적 인 제거에 있어서 과평가된 것으로 판단되었다.

• 상하수도학회지
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• 제28권2호
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• pp.195-206
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• 2014

Immobilization of anaerobic ammonium oxidizing bacteria has been studied to enhance the biomass retention of the slowly growing bacteria and the process stability. The purpose of this study was to compare the nitrogen removal efficiency of granular and immobilized anammox bacteria with poly vinyl alcohol and alginate. The specific anammox activity of the granular, homoginized and immobilized anammox bacteria were $0.016{\pm}0.0002gN/gVSS/d$, $0.011{\pm}0.001gN/gVSS/d$ and $0.007{\pm}0.0005gN/gVSS/d$, respectively. Although the activity decreased to 43.7 % of the original one due to low pH and $O_2$ exposure during the homogination and the immobilization, it was rapidly recovered within 7 days in the following continuous culture. When synthetic T-N concentrations of 100, 200, 400, 800 mg/L were fed, the immobilized anammox bacteria showed higher nitrogen removal efficiencies at all operational conditions than those of granular anammox bacteria. When the sludge retention time was shorten below 30.7 days and the reject water was fed, the nitrite removal efficiency of the granular anammox bacteria dropped to 8 % of the initial value, while that of the immobilized anammox bacteria was maintained over 95 % of the initial one. The immobilization with poly vinyl alcohol and alginate would be a feasible method to improve the performance and stability of the anammox process.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.31-44
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• 1985

팽창형 혐기성(嫌氣性) 생물막공법(生物膜工法)(AAFEB)을 고온(高溫)($55^{\circ}C$)에서 부유물질(浮遊物質)이 많은 경우에 적용시킨 것은 최근의 일이다. 폐활성(廢活性)슬러지(WAS)는 이 공법(工法)으로 약 6 시간의 짧은 체류기간으로 효과적(效果的)으로 소화(消化)될 수 있다는 사실이 밝혀지고 있다. 만약 이러한 고율(高率)의 소화법(消化法)이 개발적용(開發適用)된다면, 현(現) 소화조(消化槽)의 소요체적(所要體積)을 99% 가량 감소(減少)시킬 수 있기 때문에 슬러지 처리분야(處理分野)에 매우 흥미로운 사실(事實)이 아닐 수 없을 것이다. 본(本) 논문(論文)은 이 공법(工法)에 대한 최근(最近) 1년(年) 반(半)동안의 연구결과를 요약한 것이다. 본(本) 연구(硏究)에 있어서 연속적(連續的)으로 주입(注入)되는 3개(個)의 실험실(實驗室) 소화조(消化槽)($55^{\circ}C$)가 사용(使用)되었다. 그 중(中) 1개(個)의 소화조(消化槽)는 AAFEB 소화조(消化槽)와의 비교(比較)를 위한 완전혼합형(完全混合形) 소화조(消化槽)였다. 2개(個)의 AAFEB 소화조(消化槽) 중에 1개(個)는 가수분해조(加水分解槽)를 별도(別途)로 설치(設置)한 2단(段)의 경우와 가수분해조(加水分解槽)가 없는 1단(段)의 경우로 구분시켜 비교하였다. 실험(實驗)에 사용(使用)된 WAS는 실험실(實驗室) 활성(活性)슬러지 반응조(反應曺)와 실제의 하수처리장(下水處理場)으로부터 채취한 것이었다. 1단(段)의 AAFEB의 경우, 결과를 보면 WAS 내의 생물분해가능(生物分解可能) 유기물질(有機物質)의 60%가 15시간의 체류기간으로 분해(分解)되였으며, 2단(段)의 경우에는 같은 체류기간에서 95%의 분해효율(分解效率)을 보였다. 고온소화(高溫消化)의 실제적용가능성(實際適用可能性)과 아울러 적용시(適用時)의 문제점 등을 검토(檢討)하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.223-231
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• 2012

본 연구는 유 무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유 무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.