• 유기물자원화
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• 제11권3호
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• pp.87-95
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• 2003

그동안 유기성폐수에 대해서는 다양한 연구가 시도되었지만, 유기성고형폐기물에 대해서는 보도된 바가 없다. 그러므로 본 연구는 열처리된(heat-shocked) 혐기성슬러지를 식종한 침출상(leaching-bed) 반응조에서 다양한 희석율(dilution rate; D)에 대하여 음식물쓰레기로부터의 수소생산 효율을 살펴보았다. 반응조의 성공적인 운전은 적절한 희석율의 선택에 달려있는데, 높은 희석율에서는 미생물의 유실이 발생하는 반면 낮은 희석율에서는 유기산의 축적으로 product inhibition이 발생한다. 따라서 이러한 요인들이 높은 효율의 수소생산을 제한하게 된다. 모든 반응조들은 희석율에 관계없이 다음과 같은 경향을 보여주었다. 운전 초기 3일 동안, 수소생산이 활발하였으며 유기산의 농도가 에탄올보다 높게 유지되었다. 유기산 중에는 락트산이 초기 잠깐동안 높은 값을 유지했을지라도, 전체 운전기간 내내 뷰틸산과 초산이 유기산의 주요성분이었다. 다른 희석율에 비해 희석율 $4.5d^{-1}$는 발효가 진행되는 동안 가장 높은 뷰틸산/초산 (B/A) 비율을 보여주었는데, B/A 값의 경향은 수소생산의 경향과 매우 유사하여 뷰틸산의 형성이 수소생산에 매우 호의적임을 나타내준다. 에탄올은 수소생산이 멈춘 4일째부터 크게 증가하였는데, 이것은 열처리된 슬러지가 대사흐름을 수소 및 유기산생성경로(hydrogen-and acid-producing pathway)에서 알콜 생성경로(alcohol-producing pathway)로 전환시킬 수 있음을 보여준다. 희석율 $4.5d^{-1}$의 COD 제거효율은 58%로 다른 희석율(2.1, 3.6 및 $5.5d^{-1}$)의 제거율(51.5, 55.3 및 53.7%)보다 높았으며, 이때 제거된 COD는 수소(10.1%), 유기산(30.9%), 에탄올(17.0%)로 전환이 되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권4호
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• pp.797-806
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• 2000

본 연구는 탄소원으로서 페놀과 공동기질로서 글루코스를 합유한 인공합성폐수를 만들어 실험실 규모의 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) - PBR(Packed Bed Reactor) 공정을 운전하면서 페놀의 유일한 탄소원으로서의 이용특성과 공동기질로서 글루코스를 주입한 경우의 이용특성, 미생물의 활성도 및 질소의 동시제거 가능성에 대한 연구를 수행하였다. 실험결과 페놀올 유일한 탄소원으로 주입한 경우 페놀유입농도 600 mg/L에서도 페놀제거율 99% 이상, SCOD 2100 mg/L 농도에서 제거율 93% 이상을 보였다. 조내 미생물의 량은(VSS) 약 20 g이었고 이때 미생물의 활성도는 $0.112g\;phenol/g\;VSS{\cdot}d$이었고 SCOD 제거율은 $0.351g\;SCOD/g\;VSS{\cdot}d$이며 가스발생율은 $0.115L/g\;VSS{\cdot}d$, 메탄가스의 함유율은 70%로 나타났다. 공동기질로 페놀파 글루코스를 주입한 경우 페놀유입농도 760 mg/L하에서 페놀제거율 98% 이상, SCOD 4300 mg/L 농도에서 제거율 90% 이상을 보였다. 조내 미생물의 량은(VSS) 약 20 g이었고 이때 미생물의 활성도는 $0.135g\;phenol/g\;VSS{\cdot}d$이었고 SCOD 제거율은 $0.696g\;SCOD/g\;VSS{\cdot}d$이며 가스발생율은 $0.257L/g\;VSS{\cdot}d$. 메탄가스의 함유율은 70%로 나타났다. 회분실험결과 페놀농도 1600 mg/L 이상의 농도에서 활성의 저해를 받았으며 메탄화반응과 탈질반응이 동시에 일어나는 것으로 관찰되었다. 질산화는 수리학적 체류시간 24시간으로 하여 암모니아성 질소 $0.038kg\;NH_4-N/m^3-media{\cdot}d$ 부하조건과 유입수내 페놀농도 10~12 mg/L, SCOD 200~500 mg/L 조건하에서 저해를 받지 않고 90% 이상의 질산화율을 보였고 페놀의 제거효율은 98% 이상을 보였다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권5호
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• pp.507-516
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• 2008

폐타이어 담체 유 무에 따른 질소 제거 효과와 담체를 충진한 유동상 생물막 공정의 질소제거 특성을 알아보고자 실험을 수행하였다. 하수처리장 유입하수를 이용해 폐타이어 담체 유 무에 따른 질소 제거 정도는 실험실 규모 회분식 실험을 이용하고, 온도가 질소제거에 미치는 영향은 담체를 15% 충진한 파일럿 규모 유동상 생물막 공정을 약 370일 동안 장시간 운전을 통해 알아보았다. 폐타이어 담체 유 무에 따른 질산화율은 3.4 및 1.7 mg NH$_4^+$-N/g Mixed-Liquor Volatile Suspended Solid(MLVSS)$\cdot$hr로 담체를 투입한 경우 질소 제거가 더 효과적이었다. 온도범위가 9$\sim$10$^{\circ}C$에서 20$\sim$24$^{\circ}C$로 증가하였을 때 총 질소제거효율은 53 $\pm$ 8%에서 76 $\pm$ 5%까지 증가하였다. 온도가 9$\sim$10$^{\circ}C$, 10$\sim$20$^{\circ}C$, 20$\sim$24$^{\circ}C$에서 질산화율은 0.8 $\pm$ 0.5, 3.1 $\pm$ 1.9, 3.4 $\pm$ 2.1 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr로, 탈질율은 0.6 $\pm$ 0.2, 1.1 $\pm$ 0.6, 1.4 $\pm$ 0.6 mg NO$_3^-$-N/g MLVSS$\cdot$hr로 나타났으며, 전체미생물 중 부착미생물은 17 $\pm$ 7, 20 $\pm$ 6, 22 $\pm$ 6%로 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 미생물 총괄활성도는 온도가 9$\sim$10$^{\circ}C$에서 20$\sim$24$^{\circ}C$으로 증가함에 따라 혐기조, 무산소조, 호기조에서 22, 20, 15% 증가하였고 질산화 미생물인 Nitrosomonas와 Nitrobacter 활성분율도 증가하였다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제17권2호
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• pp.71-80
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• 2011

본 연구는 pilot 목편칩 살수여상 공정을 운전하면서 저농도 축산뇨오수 처리시에 오수 처리 특성과 부착 미생물의 특성에 관하여 연구하였다. 목편 살수여상 처리 효율과 목편담체의 부착미생물을 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 목편담체는 표면구조가 거칠고 여러 형태의 공극을 볼 수 있었고, 목편압축강도는 섬유방향으로 기건상태에서 34.8 N/$mm^2$ 이었고, 비표면적은 0.4123 $m^2$/g, 세공용적은 0.0947 $cm^3$/g 이었다. 2. 목편담체의 단위면적당 부착미생물량은 1.67~5.43 mg/$cm^3$의 분포를 보였고, 제1 목편 살수여상조에서 평균 4,01 mg/$cm^3$, 제2 목편 살수여상조에서 평균 5.05 mg/$cm^3$로 조사되었다. 부착미생물의 건조밀도는 제1 목편 살수여상조에서 평균 0.275 g/$cm^3$, 제2 목편 살수여상조에서 평균 0.245 g/$cm^3$이었다. 목편담체에 부착된 미생물의 생물막 두께는 0.88~4.11 ${\mu}m$의 분포를 이루고, 제1 목편 살수여상조 평균 157 ${\mu}m$, 제2 목편 살수여상조 평균 2.59 ${\mu}m$의 결과를 얻었다. 3. 부착미생물의 균수 측정에서 호기성균은 제1 목편 살수여상조에서 평균 $1.9{\times}10^8$ CFU/ml, 제2 목편 살수여상조에서 평균 $2.6{\times}10^7$ CFU/ml ddjT으며, 혐기성균은 제1 목편 살수여상조에서 평균 $8.5{\times}10^6$ CFU/ml, 제2목편 살수여상조에서 평균 $5.3{\times}10^5$ CFU/ml로 조사되었다. 4. 살수여상 여과수의 $BOD_5$는 원수에서 비교하여 74.5% 제거되었으며 CODcr 제거효율은 51.5%로서 $BOD_5$ 보다 다소 낮았다. T-N 함량은 처리전 844 mg/$\ell$ 에서 살수여상처리 후 325.5 mg/$\ell$ 로 낮아졌다. T-P 함량은 처리전 127.7 mg/$\ell$ 에서 살수여상 처리 후 55.9로 낮아졌다. 질소, 인의 제거효율도 각각 61.4%, 56.2%를 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.347-354
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• 2013

생물학적방법으로 이산화탄소를 에너지원인 메탄으로 전환하고자 hydrogenotrophic methanogen이 우점화된 실험실규모의 연속운전 반응기를 이용하여 수소의 주입비율과 EBCT에 따른 실험을 진행하였다. 수소와 이산화탄소의 주입비율을 4:1과 5:1(mol/mol)로 달리한 실험결과 두 조건 모두 주입된 수소가 대부분 소모되며 99% 이상의 전환율을 보였다. 이산화탄소의 경우 4:1에서는 $74.45{\pm}0.33$%, 5:1에서는 $95.8{\pm}10.7%$의 전환율로 이산화탄소를 모두 전환시키기 위해서는 양론식에 비해 더 많은 양의 수소가 필요한 것으로 확인되었다. 이는 hydrogenotrophic methanogen의 생장유지에 필요한 에너지원인 수소가 사용된 것에 기인한 것으로 사료된다. 체류시간별로 처리효율을 확인한 결과, 임계처리용량은 EBCT 3.3시간에서 수소(99.9%)와 이산화탄소(96.23%)의 안정적인 전환율을 보이며 $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 메탄생산속도와 $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 이산화탄소 고정화속도를 나타내었다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.45-59
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• 2023

세계적으로 온실가스 감축을 위해 주로 이산화탄소 발생에 초점을 맞춰왔지만, 최근에는 메탄 발생에 대한 관심이 커지고 있다. 습지, 저수지, 호소 등 수중 환경을 포함한 자연은 온실 가스 중요한 발원지이다. 호수와 저수지 바닥에 쌓인 퇴적된 유기 오염물질은 산소가 부족한 상태에서 미생물 분해를 통해 메탄과 같은 온실 가스를 생성할 수 있다. 메탄 배출은 비점오염원의 증가와 하천에 설치되는 횡단 구조물에 의한 흐름변화에 의해 증가하고 있는 실정이다. 또한, 기후 변화로 인한 수온의 상승 등은 메탄 배출을 가속화하는 원인이다. 메탄은 다양한 경로를 통해 대기로 배출될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 메탄발생의 주요인자가 미치는 영향을 정량화하기 위하여 BMP test을 수행하였다. 실험조건에 따라 메탄발생량을 직접 계측하였으며, 실험조건은 온도, 기질의 종류, 전단응력 및 퇴적물 특성으로 구분하였다. 또한, 바닥의 전단 응력은 실험적으로 측정하기가 어려워 수치모의를 수행하였다. 실험결과, 생화학적 요소는 메탄 생성에 영향을 미치지만, 전단 속도는 메탄 분리에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 퇴적물 특성은 메탄 생성 및 분리에 영향을 미칠 수 있다. 메탄 생성과 주요인자들 간의 관계를 경험식으로 제시하였으며, 향후 전단응력 및 유기물에 대한 실험조건을 구체화하고 실험규모를 확대한다면 메탄발생과 생지화학 및 수환경인자간의 관계를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• 유기물자원화
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• 제11권4호
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• pp.105-113
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• 2003

반응이 진행되는 동안 적절한 희석율(dilution rate; D)을 유지시키는 것은 성공적인 반응조 운전에 있어 필수적이다. 높은 희석율은 미생물의 유실을 가져오며 또한 낮은 희석율은 유기산의 축적으로 인한 product inhibition을 발생시키기 때문에, 높은 효율의 수소를 생산하는데 제한요소가 된다. 그러므로, 본 연구에서는 희석율의 조절을 통한 음식물쓰레기의 산발효 시 효율향상에 대한 연구를 실시하였다. 운전초기(1-2일)에는 단순유기물의 급속산화가 일어나기 때문에 유기산의 축적과 pH 저하가 발생하기 쉽지만, 최적의 초기 희석율로 보고된 $4.5d^{-1}$에서는 초기 이틀동안 적절한 유기산의 농도와 pH가 유지될 수 있었다. 그리고 이때의 뷰틸산/초산(B/A)의 값도 3.2이상의 높은 값이 유지되었다. 하지만 희석율의 조절없이 $4.5d^{-1}$로 계속 유지된 경우에는 단순 유기물의 감소로 인해 2일째 이후에는 유기산의 감소와 pH의 증가가 발생하였다. 또한 미생물의 유실이 많이 발생하였고, 수소발생도 크게 감소하였다. 그러나, 희석율을 $4.5d^{-1}$에서 $2.3d^{-1}$로 변화시킨 경우에는 반응조의 거동특성이 크게 향상되었다. 다른 희석율로 변화시킨 경우와 비교했을 때, 운전 4일째부터 7일째까지 2.0 이상의 가장 높은 뷰틸산/초산 (B/A) 값을 보여주었고 가장 큰 수소발생의 증가가 나타났다. 그 결과, 수소발효의 효율도 70.8%까지 크게 증가하였다. 이것은 적절한 희석율의 변화가 미생물성장에 알맞은 환경을 조성하였기 때문으로, 이 때 제거된 COD는 각각 수소(19.3%), 유기산(36.5%), 에탄올(15.0%)로 전환되었다. 그러므로 분해단계에 따른 적절한 희석율의 조절전략은 수소발효의 효율을 향상시키는데 매우 효과적임을 알 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.221-230
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• 2016

유속이 낮은 정체수역에 대하여 부영양화에 의한 녹조발생을 미연에 방지하고 수질개선을 도모하기 위하여 기존 인공식물섬 운영기술에 다양한 요소기술을 도입한 다기능 인공식물섬을 개발하였고 개발기술에 대한 성능검증을 위하여 경기도에 소재하는 하천에서 여름철과 겨울철 동안에 모니터링 하였다. 본 연구의 다기능 인공식물섬은 수질정화 기능을 높이기 위해서 정수식물 기반의 식생여과 공정 위주의 일반 인공식물섬 기술에 미세기포 공정과 인공여재에 의한 인 흡착/여과 공정을 추가하여 운영하였다. 개발기술에 대한 계절에 따른 오염물질 (COD, T-P) 제거율 변화로부터 오염부하가 낮은 겨울철 (15.9%, 20.0%)보다는 부하가 높은 여름철 (40.9%, 45.7%)에 높은 처리효율을 갖는 것으로 나타났고 공정별 제거율 (SS, Chl-a)에서는 미세기포 공정은 여름철 (33.1%, 39.2%)에, 인 흡착/여과 인공여재 및 식생여과 공정은 겨울철 (76.5%, 59.5%)에 높은 제거효율을 갖는 것으로 분석되어 다기능 인공식물섬의 정화능은 계절별 변화 또는 오염부하 정도에 따라서 적용 기술별로 제거능을 나타내어 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료되었다. 또한, 인공식물섬 주변의 생태변화 분석결과, 식물섬 저부에 미세기포의 공급으로 용존산소가 증가됨으로써 혐기화에 의한 물질환원 현상을 방지하고 수류순환을 유도하여 친환경적인 새로운 수생태계가 조성되는 것을 확인하였고 이러한 결과들을 통하여 다기능 인공식물섬에 의하여 정체수역의 수질이 개선되고 다양한 동식물의 성장으로 정체수역 저부의 물질순환이 개선될 수 있는 가능성을 확인하였다.