This study evaluated the performance of a thermophilic two-phase anaerobic digestion (TTPAD) coupled with membrane process treating garbage leachate. The pilot-scale treatment system is consisted of thermophilic acidogenic reactor (TAR) and thermophilic methanogenic reactor (TMR) coupled with an ultrafiltration (UF) membrane unit. The hydraulic retention time of TAR and TMR were 4 and 20 days, respectively. Effluent TCOD and SCOD of the TTPAD were $25\;{\pm}\;6\;and\;12\;{\pm}\;3$ g/L, respectively, and the corresponding TCOD and SCOD removal efficiencies were 77% and 81%, respectively. Propionate was major acids as 75% in the effluent. Scum formation was not observed in TTPAD, which might be resulted from complete lipid degradation. However, TTPAD was appeared to be sensitive to free ammonia toxicity. The UF membrane was operated with constant pressure filtration at average TMP 1.3 atm. Permeate flux had a range of 15-30 $L/m^2/hr$. With UF membrane, TCOD removal increased from 77% to 93%, and this SS free effluent would be beneficial to subsequent processes such as ammonia stripping.
The performance of elutriated acid fermentation with slurry-type piggery waste was investigated, especially to evaluate the effects of temperature and pre-treatment. In the first phase, the acid elutriation reactor with piggery waste after centrifugation operated at both mesophilic and thermophilic conditions to evaluate the effect of temperature. Solubilization yield($gVFAs/gSCOD_{prod.}$) and acidification rate($gVFAs/gSCOD_{prod.}$) in the thermophilic digestion were 0.45 and 0.55, which were higher than those of the mesophilic digestion, 0.25 and 0.45. In addition, the acid elutriation reactor at thermophilic temperature is more effective in removing e-coli. In the second phase, the acid elutriation reactor was fed with piggery waste before centrifugation. With piggery wastes before centrifugation, the solubilization yield and the acidificaton rate were 0.40 and 0.80, respectively, which were higher than the rates using piggery waste after centrifugation at both mesophilic and thermophilic conditions. The higher sludge volume reduction of 80% benefits sludge management. Furthermore, economical advantages can be achieved by removing the pre-treatment process, such as centrifugation. Consequently, the treatment with piggery waste before centrifugation proved to be effective. Also, the optimum temperature condition was estimated at mesophilic or thermophilic conditions, considering solubilization yields and acidification rates, though the system should be heated.
본 연구에서는 실험실 규모 2상 혐기성 소화를 이용하여 음식물 쓰레기 탈리액의 처리성을 평가하였다. 이를 위해 산발효조의 적정 유입 pH 및 HRT를 도출하고, 산발효조로의 메탄조 유출수 반송 효과, 메탄발효조에서 고형물 내부반송 및 온도의 영향을 파악하였다. 산발효조에서는 유입 pH 6.0, HRT 2일인 조건에서 메탄조 유출수 반송 후 산생성 및 VS 제거효율은 30% 및 40%에서 안정적으로 유지되었다. 유기물 부하 7 g COD/L/d 이하의 조건에서 고형물 내부반송에 의해 중온 및 고온메탄발효조의 유출수 SCOD는 반송 이전보다 낮거나 같은 수준으로 유지되었고 유기물 부하 증가에 따른 비메탄생성량(specific methane production, SMP)의 감소폭이 줄어들었다. 고형물 내부반송 이후 동일한 유기물 부하에서 COD 제거효율과 SMP는 중온메탄발효조가 고온보다 우수하였으며 이는 중온메탄발효조의 MLVSS 농도가 고온보다 높기 때문인 것으로 판단되었다. 따라서 고온산발효-중온메탄발효로 구성된 시스템이 고온산발효-고온메탄발효보다 COD 제거와 메탄발생면에서 우수한 것으로 나타났다.
CMCase와 xylanase 분비능이 우수한 고온성 세균을 분리하기 위하여 진주 인근지역의 느타리 재배농장으로부터 수확후배지를 수집하였다. 느타리 수확후배지로부터 17종의 균주를 분리하였으며 이 중 CMCase와 xylanase 활성이 큰 균주 YJ09를 선발하였다. Bacillus ID kit와 MicroLog system을 이용하여 분리균 YJ09의 생리적 생화학적 특성을 조사한 결과 분리균 YJ09은 B. licheniformis와 유사한 특징을 나타내었으며 16S rDNA 염기서열 분석 결과에서도 B. licheniformis와 98.9%의 상동성을 나타내었다. 이와 같은 결과를 종합하여 분리균 YJ09은 B. licheniformis YJ09로 동정되었다. 분리균이 분비하는 CMCase와 xylanase 활성은 분리균이 증식함에 따라 대수증식기 중반부터 급격히 증가하였고 정지기에 진입하면 효소활성이 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났으며 xylanase 활성은 대수증식기 초기부터 지속적으로 증가하여 대수증식기 중반에 최대활성을 나타내었다.
We investigated the structure of bacterial communities present in livestock manure-based composting processes and evaluated the bacterial succession during the composting processes. Compost samples were derived separately from swine manure, dairy manure and sewage sludge. The structure of the bacterial community was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) using universal eubacterial primers. The genus Bacillus and related genera were mainly detected following the thermophilic composting phase of swine and dairy manure composts, and the members of the phylum Bacteroidetes were mainly detected in the cattle manure waste-based and sewage sludge compost. We recovered and sequenced limited number of the bands; however, the PCR-DGGE analysis showed that predominant diversities during the composting processes were markedly changed. Although PCR-DGGE analysis revealed the presence of different phyla in the early stages of composting, the members of the phylum Firmicutes and Bacteroidetes were observed to be one of the predominant phyla after the thermophilic phase.
Bacillus sp. TA-11에 대한 오골계 난백 lysozyme과 일반 난백 lysozyme의 용균성을 비교분석 하였다. 오골계 난백 lysozyme의 용균활성은 Bacillus sp. TA-11를 5$0^{\circ}C$에서 18시간 정치배양한 대수기 후기의 세포에 대하여 가장 높았고, lysozyme의 농도는 0.25%가 최적이었다. 또한 lysozyme의 최적반응 pH와 온도는 각각 4.5와 35$^{\circ}C$였다. 일반 난백 lysozyme의 용균활성은 시험균주를 24시간 배양한 정지기의 세포에 대하여 가장 높았고 lysozyme의 최적 농도는 0.5%였으며 반응 최적 pH와 온도는 각각 5.5와 4$0^{\circ}C$이었다.
This study focused on the production of high quality compost for the growth of aero-thermophilic fungi, which has a promoting effect on the growth rate and production of oyster mushrooms. The automated solid-state bioreactor system was designed on the basis of a Three-Phase-One system, which controls the serial steps of prewetting, pasteurization and fermentation processes. High numbers of thermophilic fungi and bacteria were recovered from the mushroom composts prepared by this solid-state bioreactor. The rates of composting process were depended on physical as well as chemical factors. Among these factors, the parameters of moisture content and temperature were found to be particularly important. In our automated system, constant levels of moisture content, temperature and ventilation via mixing were provided by a centralized control apparatus including PLC, water tank and water jacket systems. These features induced higher microbiological activity of aero-thermophiles.
퇴비화 과정은 유기성 폐기물을 비료와 같은 유용한 자원으로 전환하는 생물학적 과정이다. 본 연구에서는 음식 물 쓰레기를 2달 동안 퇴비화시켜 세균군집의 변화를 조사하였다. 온도의 변화를 기준으로 하여 퇴비화 과정은 1단계($2\sim55^{\circ}C$), 2단계($55\sim97^{\circ}C$), 3단계($50\sim89^{\circ}C$)로 나뉘었다. 각 단계별 총세균수는 1단계 $1.66\times10^{11}$ cell/g, 2단계 $0.29\times10^{11}$ cell/g, 3단계 $0.28\times10^{11}$ cell/g으로 관찰되었다. 또한 총세균수에 대한 고온미생물의 비율은 초기에 33% 였으나 2단계 시료에서 최대비율인 89%로 증가하였다. 16S rRNA 유전자를 대상으로 T-RFLP 방법과 염기서열 분석방법을 이용하여 세균군집의 구조가 퇴비화 과정에 따라 변화됨을 확인할 수 있었다. 초고온인 2단계의 세균군집의 발달은 스타터 접종의 영향을 받았으며, Bacillus 및 Pseudomonas와 유연관계가 가까운 세균군집이 퇴비화 과정을 이끄는 주요 미생물임을 확인하였다.
A microbial consortium, TMC7, was enriched for the degradation of natural lignocellulosic materials under high temperature. TMC7 degraded 79.7% of rice straw during 15 days of incubation at $65^{\circ}C$. Extracellular xylanase was effectively secreted and hemicellulose was mainly degraded in the early stage (first 3 days), whereas primary decomposition of cellulose was observed as of day 3. The optimal temperature and initial pH for extracellular xylanase activity and lignocellulose degradation were $65^{\circ}C$ and between 7.0 and 9.0, respectively. Extracellular xylanase activity was maintained above 80% and 85% over a wide range of temperature ($50-75^{\circ}C$) and pH values (6.0-11.0), respectively. Clostridium likely had the largest contribution to lignocellulose conversion in TMC7 initially, and Geobacillus, Aeribacillus, and Thermoanaerobacterium might have also been involved in the later phase. These results demonstrate the potential practical application of TMC7 for lignocellulosic biomass utilization in the biotechnological industry under hot and alkaline conditions.
An attempt was made to enhance anaerobic treatment efficiency by adopting the anaerobic sequencing batch reactor(ASBR) process at a thermophilic temperature. Operational characteristics of the ASBR process were studied using laboratory scale reactors and concentrated organic wastewater composed of soluble starch and essential nutrients. Effects of fill to react ratio (F/R) were examined in the Phase I experiment, where the equivalent hydraulic retention time(HRT) was maintained at 5 days with the influent COD of 10g/L. A continuous stirred tank reactor(CSTR) was operated in parallel as a reference. Treatment efficiency was higher for the ASBRs because of continuous accumulation of volatile suspended solids(VSS) compared to the CSTR. However, the rate of gas production and organic removal per unit VSS in the ASBRs was much lower than the CSTR. This was caused by reduced methane fermentation due to accumulation of volatile acids(VA), especially for the case of low F/R, during the fill period. When the F/R was high, maximum VA was low and the VA decreased in short period. Consequently, more stable operation was possible with higher F/R. Effects of hydraulic loading rate on the efficiency was studied in the Phase II experiment, where the organic loading rate was elevated to 3333mg/L-d with the F/R of 0.12. Reduction of organic removal along with rapid increase of VA was observed and the stability of reaction was seriously impaired, when the influent COD was doubled. However, operation of the ASBR was quite stable, when the hydraulic loading rate was doubled and a cycle time was adjusted to 12 hour. It is essential to avoid rapid accumulation of VA during the fill period in order to maintain operational stability of the ASBR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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