• 대한환경공학회지
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• 제38권11호
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• pp.618-626
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• 2016

상온조건($25^{\circ}C$)에서 하수슬러지처리를 위한 생물전기화학 혐기성소화조의 성능에 미치는 제2철 이온($Fe^{+3}$)의 영향을 연구하였다. 생물전기화학 혐기성소화조를 상온에서 운전하였을 때 pH, 알카리도, COD 및 VFAs 등의 상태변수들은 안정하였으며, VS 제거율과 비메탄발생율은 각각 65.9% 및 370 mL/L/d이었다. 생물전기화학 혐기성소화조에 제2철 이온(200 ppm)을 주입한 후 상태변수들의 안정도는 더욱 향상되었으며, VS 제거율 및 비메탄발생량은 각각 69.8%, 396 mL/L/d로 증가하였다. 그러나, 제2철 이온을 주입 이후에 바이오가스의 메탄함량은 76.6%로 주입 이전의 77.3%에서 비하여 약간 감소하였다. 부유슬러지의 미생물 군집을 변화를 분석한 결과 공생 혐기성미생물(Cloacamonas) 및 가수분해균(Saprospiraceae, Ottowia pentelensis) 등의 우점균의 비율이 제2철 이온의 주입으로 증가하였다. 이것은 철이온의 주입으로 부유혐기성미생물(planktonic anaerobic bacteria, PAB)의 활성이 증가하였음을 나타낸다. 제2철 이온은 상온조건에서 하수슬러지처리를 위한생물전기화학 혐기성소화조의 성능을 향상시킨다.

• 한국토양비료학회지
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• 제29권3호
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• pp.312-320
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• 1996

음식물찌꺼기 퇴비의 식물독성을 평가하기 위하여 $1.1m^3$ 규모로 퇴비화 연구를 수행하였으며, 퇴비화과 정중 유식물 생장시험을 실시하였다. 음식물찌꺼기 퇴비화과정중 총 Na와 수용성 Na 함량은 꾸준히 증가하였으며, 수용성 Na의 함량은 총 Na 함량의 80% 이상을 차지하고 있어 토양에 직접 시용시 퇴비중 식염의 농도가 토양과 작물에 악영향을 줄 가능성이 있을 것으로 판단되었다. 한편 음식물 찌꺼기 혼합원료중 휘발성 지방산은 acetic acid가 주성분으로서, 초기의 고온기인 5~30일 사이에 350~400ppm 범위의 높은 농도를 지속적으로 유지하였으나, 40일 이후에는 그 농도가 급격히 저하되었다. 이는 음식물찌꺼기의 퇴비화과정중 배추종자에 대한 3일째의 G.I값이 약 40일째까지 심한 증감들 보였으며, 이러한 G.I.값의 증감은 퇴비화 과정중 산소공급을 위한 뒤집기의 실시와 40일 이후에 급격히 감소하는 휘발성 지방산의 농도변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다. 반면에 45일째 이후에서는 G.I.값이 50이상을 유지하였으며, 그후 퇴비화 기간의 증가로 G.I값의 현저한 상승은 나타나지 않았는데, 이는 음식물찌꺼기중의 Na의 영향에 기인하는 것으로 생각된다. 휘발성 지방산 및 Na의 표준용액을 이용하여 배추종자에 대한 식물독성을 조사한 결과 휘발성 지방산의 경우는 300ppm 이상, 그리고 Na는 2000ppm 이상의 농도에서 50 이하의 G.I.값을 보였다. 이러한 휘발성 지방산의 농도변화와 G.I.값의 조사결과로 볼 때, 음식물찌꺼기는 퇴비화를 통하여 약 45일이면 안정화가 가능할 것으로 판단되었다. 그러나 약 80일 동안 안정화시킨 퇴비의 G.I.값 역시 60 이하의 수준을 보여 음식물찌꺼기 퇴비에 의한 식물독성의 원인이 되는 물질은 식염일 것으로 추정된다. 결론적으로 음식물찌꺼기 퇴비는 충분히 부숙되었다 하더라도 음식물찌꺼기 자체가 함유하고 있는 Na가 더 큰 문제점으로 나타났다. 그 때문에 음식물찌꺼기를 농업적으로 사용하기 위해서는 식염에 대한 적절한 대책이 선행되어야 할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권4호
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• pp.201-209
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• 2016

Glucose ($C_6H_{12}O_6$)의 이론적인 최대 메탄수율은 표준상태(1 atm, $0^{\circ}C$)를 기준으로 0.35 L $CH_4/g$ COD이지만, 전통적인 혐기성소화조에서 유기물이 메탄으로 전환되는 양은 연구의 방법이나 유기물의 종류에 따라 매우 다양하게 보고되고 있으며, 대부분의 연구실 규모 실험에서 안정화 후 메탄 수율은 0.35 L $CH_4/g$ COD 이하로 나타난다. 최근, 미생물 전기화학 기술(Microbial Electrochemical Technology, MET)은 지속가능한 신재생에너지 생산 기술로서 큰 주목을 받고 있으며, MET를 혐기성소화조에 적용할 경우 고농도의 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하며, 소화조 내 미생물의 활성을 높이고 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MET가 혐기성소화의 메탄발생에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위해 음식물 탈리액과 하수슬러지의 원소조성에 따른 이론적인 최대 메탄수율을 분석하였으며, BMP (Biochemical Methane Potential) 실험과 연속식 실험을 통한 메탄수율의 특성을 평가하였다. 그 결과, MET가 적용된 혐기성소화에서의 메탄수율은 일반적인 혐기성소화조에 비하여 기질에 따라 2-3배 정도 높았으며, 이론적인 최대 메탄수율에 미치지는 못하였으나 일부는 거의 근접한 결과가 도출되었다. 또한, 일반적인 혐기성소화조와 MET가 적용된 혐기성소화조의 안정화 후 바이오가스의 조성은 거의 유사하게 나타났다. 결과적으로, MET가 혐기성소화조의 유기물 제거효율을 향상시켜 메탄발생량을 증가시킨 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 연구를 통하여 MET에서 메탄발생 메카니즘이 명확히 규명되어야 할 것이다.

• 한국환경농학회지
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• 제29권4호
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• pp.348-353
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• 2010

본 연구에서는 돈분 슬러리의 저장형태 및 온도에 따른 유기물의 거동을 관찰하였는데, closed system과 open system의 저장형태에 따른 유기물 농도는 $20^{\circ}C$에서 30일 저장 후 약 2배 정도의 차이를 보였다. 또한 온도에 의한 유기물 농도의 거동은 온도가 증가할수록 TS 및 VS 농도가 감소하였고, $20^{\circ}C$ 약 23%, $35^{\circ}C$ 약 29% 정도가 감소되는 것으로 나타났다. 하절기 외부온도 특성을 반영한 온도조건(20, $35^{\circ}C$) 및 저장기간 따른 생성된 유기산 종류는 비슷하였고, 저장기간 15일 이후부터 분변내 포함된 가수분해 및 산생성 미생물의 성장이 증대되어 유기산의 생성이 증가하였다. 반응시간 30일 후 생성된 총유기산 농도는 $20^{\circ}C$에서 $2,829\;mg{\cdot}COD/L$이었으며, $30^{\circ}C$에서는 $9,123\;mg{\cdot}COD/L^{\circ}C$로 초기 유기물농도 대비 각각 5.4, 17.4%의 유기산 전환율을 나타내었다. 따라서 돈분슬러리의 저장기간이 길어질수록 외부온도에 따라 가수분해 및 산생성 반응으로 유기산이 생성되고, 메탄생성균의 기질이용으로 유기물의 손실이 발생하여 온실가스 배출도 증가할 것으로 예상된다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제62권1호
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• pp.31-42
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• 2020

The aim of this study was to investigate the effects of 3-nitrooxypropanol (NOP) on gas production, rumen fermentation, and animal performances depending on animal type using a meta-analysis approach. A database consisted of data from 14 studies, 18 experiments and 55 treatments. The supplementation of NOP linearly decreased methane (CH₄) emissions [g/kg dry matter intake (DMI)] regardless of animal type and length of experimental period (beef, p < 0.0001, R² = 0.797; dairy, p = 0.0003, R² = 0.916; and long term, p < 0.0001, R² = 0.910). The total volatile fatty acids (VFA) concentration and the proportion of acetate, based on beef cattle database, were significantly decreased with increasing NOP supplementation (p = 0.0015, R² = 0.804 and p = 0.0003, R² = 0.918), whereas other individual VFAs was increased. Based on the dairy database, increasing levels of NOP supplementation linearly decreased proportion of acetate (p = 0.0284, R² = 0.769) and increased that of valerate (p = 0.0340, R² = 0.522), regardless of significant change on other individual VFAs. In animal performances, the DMI, from beef cattle database, tended to decrease when the levels of NOP supplementation increased (p = 0.0574, R² = 0.170), whereas there was no significant change on DMI from dairy cattle database. The NOP supplementation tended to decrease milk yield (p = 0.0606, R² = 0.381) and increase milk fat and milk protein (p = 0.0861, R² = 0.321, p = 0.0838, R² = 0.322). NOP is a viable candidate as a feed additive because of its CH₄ mitigation effects, regardless of animal type and experiment period, without adverse effects on animal performances.

• 생명과학회지
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• 제28권10호
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• pp.1244-1253
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• 2018

반추위 속에는 박테리아, 고세균, 프로토조아, 곰팡이 및 바이러스와 같은 다양한 미생물들이 편성의 혐기조건에서 공생하고 있다. 사료의 발효에 중요한 역할을 하고 있는 반추위 미생물은 위내 발효과정에서 에너지 손실에 영향을 주는 메탄의 발생을 제외하면 에너지와 단백질 대사에 필수적인 다양한 휘발성 지방산을 생산한다. 반추위내 미생물의 이용효율을 개선시키기 위해 사료배합비조절, 천연사료첨가제, 생균제첨가 등의 다양한 접근방법들이 사용되고 있다. 최근에 반추위 군집에 대한 메타유전체 또는 메타전사체와 같은 차세대 유전체 해독기술 또는 차세대 시퀀싱 기술의 적용으로 반추위 미생물의 다양성 및 기능에 대한 이해가 크게 증가하였다. 특히 메타단백질체와 메타대사체는 반추위 생태계의 복잡한 미생물네트워크에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 뿐만 아니라, 다양한 반추가축용 사료에 대한 반응을 제공함으로서 생산효율을 개선시키는데 기여하였다. 본 논문에서는 반추위내 사료의 발효와 이용을 향상시키기 위한 메타오믹스 기술, 즉, 메타유전체, 메타전사체, 메타단백질체 및 메타대사체의 최신 응용기술을 요약하고자 한다.

• 자원리싸이클링
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• 제24권2호
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• pp.46-54
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• 2015

본 연구는 하수처리장에서 발생되는 생슬러지와 잉여슬러지를 대상으로 열적가용화 공정의 적용성을 평가하였다. 열적가용화 효율 및 특성평가는 각 슬러지를 대상으로 $100{\sim}220^{\circ}C$ 온도범위에서 30분간 전처리를 수행한 후 실시되었다. 그 결과, 가용화 온도가 상승함에 따라 $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$, VFAs 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 COD 가용화효율 평가 결과, 온도 상승에 비례하는 경향이 나타나 열적가용화에 의해 가수분해 및 산발표 단계를 촉진시킨 것으로 판단된다. BMP (Biochemical Methane Potential) 실험을 통해 생슬러지의 경우 $220^{\circ}C$에서 가장 높은 biogas 생산량을 보여주었으나, 증가율은 5.6%로 열적가용화에 의한 효과가 미미한 것으로 나타났다. 반면 잉여슬러지의 경우 최대 38.8% ( $180^{\circ}C$) 증가하여, 열적가용화 공정은 잉여슬러지에 대한 적용성이 더욱 우수한 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제19권2호
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• pp.55-69
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• 2011

수분함량이 많은 음식물 쓰레기의 특성상 아파트에서는 디스포저를 사용하여서 음식물 쓰레기를 처리하여야한다. 쾌적한 아파트 생활을 위해 배수전처리시설을 설치하여 집단적으로 잉여 오염물을 경제적으로 처리하되, 지나친 BOD 제거 기준 등은 도시하수 종말치리장에서 질소 인의 처리에 지장이 없도록 BOD/N의 비율을 5이상으로 유지하여야 한다. 배수전처리시설의 관리 및 규제는 배관방식에 따라 다양한 방법이 개발될 수 있으며 BOD/N을 동시에 전처리시설에서 함께 처리하는 것은 win-win 전략이라고 할 수 있다. 스크린 혹은 침전 방식에 의하여 분리된 입자는 메탄발효로 바이오가스를 발생시켜 혐기조보온용으로 사용하거나 혹은 탈질용 휘발성유기산(volatile fatty acids, VFAs)으로 만들어 탈질용 electron donor로 활용하는 것이 타당하다. 정부는 서울시 시범사업과 같은 사업을 약 5년간 기한을 정하여 디스포저 음식물쓰레기 기술개발업체와 아파트 건설업체가 공동으로 기술개발/활용하도록 한다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제32권1호
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• pp.63-71
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• 2019

Objective: The aim of the study was to investigate the effect of zinc-bearing palygorskite (Zn-Pal) on rumen fermentation by in vitro gas-production system. Methods: In trial, 90 incubators were evenly divided into five groups: control (0% Zn-Pal), treatment I (0.2% Zn-Pal), treatment II (0.4% Zn-Pal), treatment III (0.6% Zn-Pal), and treatment IV (0.8% Zn-Pal). The contents of zinc for treatments were 0, 49, 98, 147, 196 mg/kg, respectively. The main chemical composition and microstructure of Zn-Pal was investigated by X-ray diffraction. The physicochemical features were evaluated by Zeta potential analysis, cation-exchange capacity, ethylene blue absorption and specific surface area (the Brunauer-Emmett-Teller method). In vitro gas production (GP) was recorded at 3, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 60, and 72 h incubation. Incubation was stopped at 0, 6, 12, 24, 48, and 72 h and the inoculants were tested for pH, microbial protein yield (MCP), $NH_3-N$, volatile fatty acids (VFAs), lipopolysaccharide (LPS). Results: The results showed that the GP in the treatment groups was not significantly different from the control groups (p>0.05). Compared to the control group, pH was higher at 24 h, 48 h (p<0.05), and 72 h (p<0.01) (range 6 to 7). The concentration of $NH_3-N$ in the three treatment groups was higher than in the control group at 24 h (p<0.01), meanwhile, it was lower at 48 h and 72 h (p<0.01), except in the treatment IV. The concentration of MCP in treatment I group was higher than in the control at 48 h (p<0.01). Compared with control, the LPS concentration in treatment III became lower at 12 h (p<0.05). Total VFAs in treatments were higher than in the control at 24 h, 48 h (p<0.05). Conclusion: These results suggest that the addition of Zn-Pal can improve the rumen fermentation, especially when adding 0.2% Zn-Pal.

• 한국물환경학회지
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• 제27권6호
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• pp.926-931
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• 2011

유기성폐수의 혐기발효 공정은 빠른 수소생성속도를 나타내며, 동시에 수중의 유기물을 처리한다. 반면, 수소생성 수율이 낮고 처리 수 내 혐기발효 산물인 복합 유기산이 다량 존재하게 된다. 따라서, 본 실험에서는 수소생성 수율을 높이고 처리수의 수질 제고를 위해 광발효미생물을 이용하였다. 광발효미생물의 기질에 따른 수소생산 속도 및 미생물 성장율을 조사하기 위해 아세트산, 복합 유기산 (인공) 및 글루코스 대상 혐기발효 상등액을 각각 기질로 이용하는 회분식 실험을 실시하였다. 아세트산을 이용한 R. sphaeroides의 최대 비증식속도는 2.93 h로서 복합유기산을 이용할 때보다 높았다. 아세트산은 미생물 증식에 유리한 기질인 반면, 수소생산속도 면에서는 복합유기산보다 느리게 나타났다. 글루코스 혐기 발효액 상등액을 기질로 이용한 광발효에서 전단의 혐기발효를 통한 수소생산량의 약 50%가 추가로 발생하였다. 혐기 및 광발효미생물의 혼합발효 연속시스템을 통해 $15.9mL-H_2/L$의 안정적인 수소를 생산하였다.